利用FPGA实现MMC2107与SDRAM接口设计论文
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摘要：介绍基于现场可编程门阵列（FPGA），利用VHDL语言设计实现MMC2107与SDRAM接口电路。文中包括MMC2107组成结构、SDRAM存储接口结构和SDRAM控制状态机的设计。
关键词：现场可编程门阵列 SDRAM EBI VHDL 状态机 K4S560832A
引言：
在嵌入式系统中，微控制器中通常有一定容量的存储器，用来存放程序和数据，但由于片内存储器受器件规模和生产成本的制约，其容量通常不能满足用户实际需求，还需要使用半导体存储器件来扩展存储空间。如果采用SDRAM进行存储扩展，可以大幅度地降低系统设计成本；但SDRAM控制时序比较复杂，给系统设计带来很大困难。为了方便使用SDRAM，实现嵌入式系统中存储的大容量扩展，本文介绍一种新颖的解决方案：采用FPGA技术和VHDL语言，实现MMC2107微控制器与SDRAM的接口设计。
1、SDRAM内部结构
SDRAM是一种具有同步接口的高速动态随机存储器。本文语选用的是三星公司生产的32M×8位SDRAM器件K4S560832A。K4S560832A存储总容量256M位，内部分成4个全，每个体8M字节，内部结构如图1所示。
K4S560832A为了能满足各种系统的使用要求，提供了时钟频率、猝发长度、延时节拍等可编程参数。在芯片上电后可以通过地址线A12～A0配置，芯片只有在完成配置后才能进入正常工作状态。在具体操作SDRAM时，首先，必须进行初始化配置，即写模式寄存器，以便确定DRAM列选延迟节拍数、猝发类型、猝发长度等工作模式。然后通过ACT命令激活对应地址的组，同时输入行地址。最后，通过RD或WR命令输入列地址，将相应数据读出或写入到对应的地址。操作完成后，用相关命令中止读或写操作。在没有操作的时候，每64ms必须对所有存储单元刷新一遍（8192行），防止数据丢失。
2、MMC2107组成结构及外部总线接口
MMC2107是32位M-CORE系列MCU，是以M210microRISC核为CPU，最高系统时钟可达33MHz；在MIPS。MMC2107是基于M210 CPU的、通用MCU系列中的第一个成员，具有很低的功耗；在主模式下，以最大系统时钟运行，并且片内所有模块全部处于运行状态时，最大的工作电流为200mA，特别适合于由电池供电的应用场合。MMC2107的组成框图如图2所示。
从图2可以看出，MMC2107片内除了M210核以外，主要还有128KB Flash、8KB SRAM、外部总线接口、时钟模块、复位模块、M-CORE到IPBUS之间的接口、中断控制器模块、8位边沿端口苇、2个可编程间隔定时器（PIT1和PIT2）、看门狗定时器WDT、2个定时器模块（TIM1和TIM2）、串行外围接口SPI、2个串行通信接口（SCI1和SCI2）、ADC模块、多个通用的输入/输出信号、TAP控制器等功能及模块。
MMC2107在主模式和仿真模式下，支持MCORE访问外部的存储器或设备。这时，M-CORE的本地总线（内部总线）扩展到片外，由外部总线接口（EBI）负责控制M-CORE局部总线和外地址空间之间的信息传送。EBI有23位地址总线A[22:0]和4个片选信号CS[3:0]，使M-CORE的外部存储存储器地址空间可达32MB。EBI的数据传送宽度可以是32位的，也可以是16位的，可以由片选模块按4个片选通道分别予以设定，即片选通道0～3可各自编程选定。为了便于与各种速度的外设备相。
3、拓展：FPGA简介和基本结构
1.FPGA设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的'FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。
与传统模式的芯片设计进行对比，FPGA 芯片并非单纯局限于研究以及设计芯片，而是针对较多领域产品都能借助特定芯片模型予以优化设计。从芯片器件的角度讲，FPGA 本身构成 了半定制电路中的典型集成电路，其中含有数字管理模块、内嵌式单元、输出单元以及输入单元等。在此基础上，关于FPGA芯片有必要全面着眼于综合性的芯片优化设计，通过改进当前的芯片设计来增设全新的芯片功能，据此实现了芯片整体构造的简化与性能提升。
2.FPGA 器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA 的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。FPGA的设计流程包括算法设计、代码仿真以及设计、板机调试，设计者以及实际需求建立算法架构，利用EDA建立设计方案或HD编写设计代码，通过代码仿真保证设计方案符合实际要求，最后进行板级调试，利用配置电路将相关文件下载至FPGA芯片中，验证实际运行效果。
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