实时视频采集系统的SDRAM控制器设计

1、实时视频采集系统的sdram控制器设计在palvga的实时视频采集系统中，因为视频数据流的数据量大、实时性要求高。需要高速大容量的存储器作为图像数据的缓存。sdram作数据缓存不仅具有大容量和高速度的特点，而且在价格和功耗方面也占有很大的优势。但是sdram控制较复杂，需要处理预充、刷新、换行等操作，因此有须要设计sdram控制器来完成和sdram的接口。并且为了保证数据流的延续性，实时视频采集系统通常采纳通过对两片sdram的乒乓操作来完成图像数据的缓存。针对sdram是高速设备，工作频率上限最高可以达到166 mhz，而该系统中前端图像采集模块的像素时钟为27 mhz，后端vga显示的像素

2、时钟为315 mhz。在此介绍了一种用法1片sdram的不同bank举行乒乓操作，且相对简单实现的sdram控制器设计办法。1 sdram基本操作原理sdram的主要操作包括初始化、读写拜访、刷新、激活、预充电等。以micron公司的mt48lc4m3282(1m×32 b×4 banks)为例，简要介绍一下sdram的操作。1所示，sdram的初始化操作过程如下：(1)在电源管脚上电(不得超过标称值的03 v)并且时钟稳定后经过200s延迟，执行一次空操作指令(该指令在延迟周期的后期发出)且保持时钟使能信号为高；(2)对全部的bank举行预充电，全部的bank都进入空闲状

3、态；(3)预充电后执行两个自动刷新指令，等待八个刷新周期完毕；(4)发出模式设置指令来设置模式寄存器。因为上电后模式寄存器的状态是不确定的，所以在举行sdram操作之前一定要先设置模式寄存器。模式寄存器设置值2所示。对sdram的读写拜访先要以激活指令挑选详细的bank和行，地址线ba1ba0用来挑选bank，a0a11用来挑选所要拜访的行；然后发出读或写指令，地址线a0a7用来挑选所要拜访的起始列。在读指令发出后，要等待一个cas延迟时光，有效数据才会浮现在数据上，cas延迟时光可以设置为2或3个时钟。在写指令发出后，不需要等待cas延迟时光有效数据会立刻浮现在数据总线上。对sdram的读写

4、操作普通以突发模式举行，突发长度可以设置成1，2，4，8以及全页，常用的长度为8个。该系统的cas延迟时光设置为2，突发长度为1。sdram的存储单元可以理解为一个，总是倾向于放电，必需有定时的刷新周期以避开数据走失。只要保证在64 ms时光内全部有效数据行都完成刷新就可以保证数据不丢。sdram提供两种类型的刷新模式：自动刷新和自刷新。在该系统中，前端pal制式信号一帧的时光为40 ms，因此sdram的同一地址读写操作的时光相隔为40 ms。又因为系统为实时视频采集系统，前端采集的视频数据是延续不断的，所以该系统不需要举行刷新操作即可保证数据不丢。2 sdram控制器的设计实现在实时视频采

5、集系统中，为了保证数据的稳定和延续性，通常采纳的办法是对存储器举行乒乓操作。普通所指的乒乓操作针对两片存储器芯片，3所示，其原理是通过控制模块对两片存储器分离做读写操作，写存储器满时控制模块发出交换指令，切换两片存储器的操作状态。该系统采纳的是一片sdram实现乒乓操作。设计时是利用sdram的不同bank间的存取操作来实现乒乓操作。因为sdram总共有4个bank，所以读取第一帧图像时用法sdram的1，2 bank为读缓存，3，4 bank为写缓存。其次帧图像时sdram的3，4 bank切换为读缓存，1，2 bank切换为写缓存。采纳一帧图像读写完毕作为切换标记反复切换读写缓存，就充分利

6、用sdram的不同bank来实现乒乓操作。另一方面因为sdram的数据线和地址线惟独1组，所以实际控制的时候读写操作是不能同时举行的。设计中考虑到sdram的工作频率与前端图像采集的像素频率以及后端vga显示的像素频率相比要高得多，因此将读写操作利用时分的方式分开控制。所以在控制器中设计了一个命令计数器(countcmd)，通过计数的方式来切换读写操作。只要选取适当的sdram工作频率以及命令计数器的规定值就可以完成sdram读写操作的延续切换。实际设计中采纳的sdram工作频率为100 mhz，命令计数器的规定值为240。sdram控制器状态转换概图4所示。sdram控制器的详细状态转换流程

7、如下：首先初始化sdram，然后向sdram的1，2 bank写入第一帧图像，当第一帧图像写入完毕后进入乒乓操作阶段。此时sdram的1，2 bank为读缓存，3，4 bank为写缓存。首先进入读缓存激活行，开头读操作，读操作开头的同时启动命令计数器。此时每执行一条命令(包括读命令，空操作命令，不包括预充电命令和行激活命令)，命令计数器自加1，当命令计数器到达规定值时将命令计数器清0并切换到写状态。进入写状态前先推断写缓存的行激活标记，假如没有激活，先执行行激活，然后开头写操作，假如已经激活则挺直开头写操作。写操作开头的同时启动命令计数器。此时和读状态时一样，每执行一条命令，命令计数器自加1，

8、当命令计数器到达规定值时同样将命令计数器清0后切换到读状态。如此反复切换操作，直至读完一帧或者写满一帧。假如是读完一帧，则推断写缓存中一帧写满没有。假如已经写满，则进入读写bank切换状态。假如没有，则进入写状态并不再切换读写状态，向来保持写状态直至写满一帧为止，然后进入读写bank切换状态。假如是写满一帧，则同理于读完一帧的状况，首先推断读缓存中读完一帧没有，然后按照推断结果举行操作，最后进入读写bank切换状态。在读写bank切换状态中，读缓存切换为3，4 bank，写缓存切换为1，2 bank。反复上述操作步骤，就可以完成用法一片sdram不同bank的乒乓操作。囫囵sdram控制器在的72环境下采纳设计完成，然后在 se 60环境下通过。随后通过altera的quartus72举行综合和布局布线，并终于在al-teracyclone系列芯片ep1c6q240c8上完成。所设计的sdram控制器在palvga的实时视频采集系统中调试通过，能够实现图像数据的存储和读取，彻低满足系统的要求。3 结 语介绍在palvga的实时视频采集系统中用法sdram作为图像缓存的基本操作，设计一种用法1片sdram的不同bank举行乒