SDRAM的深入了解

我了解事物喜歡從底層根本去了解，而不是你說什麼我照做就行了，我會形成一些探尋究竟的念頭，也會産生很多疑問。

讨論之前當然要先看過某廠的datasheet，我看的是Micron。

按上面說，terminate和precharge都能掐斷burst讀或寫。我也是第一次用Sdram，根據我做的項目資料流特點，我一上來就隻選用了full-page模式。因為full-page讀寫不帶auto-precharge，而且要使用者自己來終止，比較了一下，對于full-page而言，用terminate顯得直接友善（時序清晰明了），而precharge和時間有關（不單單是時鐘周期的個數關系），datasheet的時序圖中有一張是full-page write，用的也是terminate，是以就選用了terminate。

結果實驗下來，寫入的資料一個也沒讀出來，全是FF。心理沒譜了。揣摸了幾天，猜想問題在precharge上，嘗試在terminate後面加上precharge，實驗就成功了！原來盡管terminate和precharge都能終止頁爆發，但terminate隻是單純的終止，不能完全代替precharge，用了terminate後還要跟上precharge才行。資料上時序圖恰好在頁模式時隻畫了terminate，沒跟上precharge，在文字講解頁模式寫的時候光說都能終止，也沒強調還要precharge。

導緻誤會的根本原因是這份datasheet隻是應用方面的說教，而不是sdram原理的較長的描述。但SDRAM原理的詳細講解到現在也沒找着，看到的資料都是外文翻譯過來後互相抄的！千篇一律！比如precharge，從字面看是“預充電”，可資料上的解釋都是“Deactivate row in bank or banks”及其中文翻譯。後來在論壇上也看到新手們在問：precharge和refresh到底都作了什麼，有什麼差別？

我根據存動态記憶體存儲單元的基本原理

某些電路相當于“口線供能電容”，此電容容量遠比資料存儲電容大，用于給口線的讀寫驅動提供能量，器件資料位寬是幾位就隻需要幾乘以4個（4來源于有4個banks）。下面就來自圓其說：

初始化按照要求就先precharge了，以後每次讀寫之前都要active。active做兩件事，既選通了相關行，又将驅動的能源準備好。當具體讀寫時，就選通列，給資料電容充電或放電。1個爆發讀寫完成後，就撥回precharge，給“供能電容”補足電能。因為“供能電容”在active時要被消耗能量并且也存在自漏電問題，是以有了資料上的（active to precharge command）tRAS<120微秒的要求。而撥回precharge時，“供能電容”是一直接着電源的，是以資料上就沒有（precharge to active command）的要求了。因為“供能電容”比較大，從硬體設計角度出發充電電流不能做太大，是以tWR和tRP就相對要長。真正的順序是precharge-〉active-〉讀寫-〉終止，因為tRP較長，是以初始化時先precharge，并且每次讀寫完後馬上precharge，以便下次讀寫時隻需active以提高響應速度，反正放在那precharge又不影響什麼。這就是precharge（預充電）的真正含義所在！至于何必這麼麻煩要“供能電容”倒一手，可能是因為資料單元太脆弱，經不起電源直接沖擊或幹擾，呵呵。而且根據動态記憶體原理，資料線複用，反正必須先active選通行，順便再附加個供能功能；而爆發需要終止，特别是頁模式更不會自動終止，那麼就将“終止”和“預充電”合并到“precharge”，設計人員真會動腦筋。而資料隻管說終止功能，沒提預充電的作用，反正時序是通的。

想出所謂“供能電容”的還有個原因是：有兩個和時鐘無關的長時間參數，重新整理周期64ms，tRAS 120微秒，不都是電容漏電的展現嗎。是以記憶體可以降頻使用，但不能太低，以至于64ms内你隻能完成4096次重新整理，别的什麼都沒時間幹；或者tRAS期間你連1次讀寫或寫都完不成。

至于refresh，就是1次先讀後寫的過程，用于保持資料電容的電位。如果在自己的系統中，特别是資料采集系統，1組資料流在64ms内完成了先寫入sdram暫存後讀入主機，并且sdram中的資料就不再需要了，整個過程不需要插入任何重新整理指令。延伸開來，可以做出很适合你的最簡單的sdram控制器。做個基本的SDRAM控制器很簡單，關鍵是要根據你的系統特點合理安排好讀、寫、重新整理等操作。

以上是我這幾天的心得，希望沒有誤導大家

繼續推測：在“auto refresh”指令執行的末端隐含了“precharge”，是以資料上要求“auto refresh”前要保證已經“precharge”，而“auto refresh”卻可以放在一起連續發出，“auto refresh”之後卻直接可以“active”而不再需要“precharge”。還可能在“auto refresh”指令執行的前端隐含了“active”，行位址由重新整理寄存器自動計數并加1。“auto refresh”就是對某行所有列同時 “active”“read”“write”“precharge”，正好7個周期。器件共有4096行，是以要求在64ms内重新整理4096次，4個banks是并行同時操作的，是以資料顯示耗電高峰發生在自動重新整理期間。

實際上read已經隐含了write，就是一次完整的讀或自動重新整理操作的第5個周期，時序正好吻合。不同的是自動重新整理的第5個周期不需對外在DQ上輸出。

充電放在前面叫charge，放在後面是為下一次操作提前做好準備就叫precharge，以前面分析prechage能提高斷續操作的響應速度，是以最終設計就采用了“precharge”

如果對我說的都很清楚，那麼操作記憶體應該是遊刃有餘了

打電話問了Micron的技術人員，模式寄存器的内容在掉電前始終有效，中途更改無需再等待120us，但建議稍等一下，具體多少沒說。這些内容如果是試驗出來的也不敢肯定就一定正确，必須打電話問。

active 和 precharge 是互為反向的信号；其實可能就是同一信号，管子一個是N溝道另一個是P溝道而已。

Q1負責讀放大，Q2負責寫，不需要專用控制信号，自回報。這樣每個單元隻要4個管子！

選通行位址就實作了讀放大和自重新整理，當列位址也選通就實作了對資料線的輸入輸出。

AutoRefresh時專用計數器自加1并選通某行位址，所有列位址不選通。

如果上圖正确，那麼讀寫某位址的資料時，同1頁的其他資料單元都得到了重新整理。

驗證此推測的一個辦法是：對某一行第1列寫入某資料，等64ms或更長時間（期間不用任何重新整理指令，隻是反複去讀/寫同一行的第128列），再來讀第1列，資料應該還在。

以上推斷都建立在第1幅圖的基礎上，今看到兩頁IC設計的資料，發覺這幅圖已是 陳舊的“單管動态存儲電路”，但現在國内大部分教案和資料用的都是它！！！東南大學的電子教案用它講解DRAM位址複用的内容甚至是錯誤的！！！誤人子弟

稍後我把現在SDRAM的單元及推導的陣列畫給大家。這個單元資料上給的是0.35微米的IC設計版圖，那就是真正的電路了。

我前面的推導不是真實的電路形式，但我自認為還是蠻合邏輯的但所說的試驗可能會失敗，因為真的讀放大電路不在存儲單元中。

問題:

按照datasheet定義的指令真值表:

--------------------------/CS ---/RAS---/CAS---/WE

PRECHARGE--------L ------- L  -------H -------L

REFRESH-------------L --------L -------- L -------H

那麼好象是PRECHARGE是對每個行"寫"入資料?

REFRESH則通過内部計數器進行逐行重新整理?

turkyrun： ras cas we 應該是複用的，不然加載模式時全低又怎麼解釋呢，8種狀态全用完了

sunnybird：因為datasheet是介紹器件的，而不是理論教材。

另：我的項目搞定了，說明對SDRAM的了解是對的，我降頻在48MHz使用。

以下三張圖是資料提供的，第4張圖是我自己推導的：

SDRAM 的IC設計版圖：

此主題相關圖檔如下：

注意：現在的SDRAM設計，存儲電容另一端的參考電平是二分之一Vcc

wordline了解為字線，digiline(bitline)了解為位線

　　以現在的0.35um工藝，存儲電容大約有300fF(1pF=1000fF)。現在的單顆晶片的容量越來越大，分到每個存儲電容的晶片面積越來越小，電容容量也越來越小。這麼小的電容存儲的電量遠不足以去開關mos管（因不了解晶片制造技術，是以我有上面第12樓那不切實際的推導），采用的辦法是用兩個電容，一個正相存儲，一個反相存儲，這也是參考電壓選vcc/2的原因；要讀出資料時，用的是運放差分放大，一個電容搭在正相端，另一個搭在反相端，這樣就把微弱的電量讀出來了；而且由于電容電量實在太小，在向運放正反相端充放電時就幾乎把電耗盡，也就是把自身的資料破壞了。

　　那麼precharge的任務之一就是将位線及運放正反向端搭在參考電位(Vcc/2)上，active時脫離此參考電位.