【两周学会FPGA】从0到1学习紫光同创FPGA开发|盘古PGL22G开发板学习之DDR3 IP简单读写测试（六）

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适用于板卡型号：

紫光同创PGL22G开发平台（盘古22K）

一：盘古22K开发板（紫光同创PGL22G开发平台）简介

盘古22K开发板是基于紫光同创Logos系列PGL22G芯片设计的一款FPGA开发板，全面实现国产化方案，板载资源丰富，高容量、高带宽，外围接口丰富，不仅适用于高校教学，还可以用于实验项目、项目开发，一板多用，满足多方位的开发需求。

二：实验目的

MES22GP 开发板上有一片 Micron 的 DDR3（MT41K256M16 TW107：P）内存组件，拥有 16bit 位宽的存储空间（MT41J系列是旧的产品，目前很多型号已经停产，后续替代就是MT41K系列。硬件上的差异是MT41K支持1.35V低电压，同时也兼容1.5V电压，所以可以用MT41K直接替换相应型号的MT41J芯片）。该DDR3 存储系统直接连接到了 PGL22G 的 Bank L1 及 Bank L2 上。PGL22G的DDR IP为硬核IP，需选择正确的IP添加。

本次实验目的为生成DDR3 IP，实现DDR3的基于AXI4的简单读写控制，了解其工作原理和用户接口，然后通过在线Debugger工具查看写入和读出的数据是否一致。

三：DDR3控制器简介

HMIC_H IP 是深圳市紫光同创电子有限公司FPGA 产品中用于实现对SDRAM 读写而设计的IP，通过公司Pango Design Suite 套件（后文简称PDS）中IP Compiler 工具（后文简称IPC）例化生成IP 模块。

HMIC_H IP 系统框图如下图所示：

HMIC_H IP 包括了DDR Controller、DDR PHY 和 PLL，用户通过 AXI4 接口实现数据的读写，通过 APB 接口可配置 DDR Controller 内部寄存器，PLL 用于产生需要的各种时钟。

AXI4 接口：HMIC_H IP 提供三组 AXI4 Host Port：AXI4 Port0(128bit)、AXI4 Port1(64bit)、

AXI4 Port2(64bit)。用户通过 HMIC_H IP 界面可以选择使能这三组 AXI4 Port。三组 AXI4 Host Port 均为标准 AXI4 接口。

APB 接口：HMIC_H IP 提供一个 APB 配置接口，通过该接口，可配置 DDR Controller 内部寄存器。HMIC_H IP 初始化完成后使能该接口。

详细的端口说明请点击IP配置界面的View Datasheet查看IP手册。

DDR的IP需要手动添加，操作流程请查阅文件目录1_Demo_document/工具使用篇的《03_IP核安装与查看用户指南》。

DDR3 IP例化流程简述

打开IPC 软件，进入 IP 选择界面，如下图所示，选取 System/DDR/Hard 目录下的 Logos HMIC_H，然后在右侧页面设置 Instance Name 名称，并选择 FPGA 的器件类型。

IP 选择完成后点击Customize 进入Logos HMIC_H IP 参数设置界面，如下图所示，左边Symbol 为接口框图，右边为参数配置窗口：

参数配置完成后点击左上角的Generate按钮，生成 IP，即可生成相应于用户特定设置的 HMIC_H IP 代码。生成 IP 的信息报告界面如下图所示:

注： IP 自带生成的.pds 文件和.fdc 文件仅供参考，需要根据实际单板进行修改。成功生成 IP 后会在生产IP时指定的Pathname 路径下输出如下文件：

DDR3 IP配置说明

HMIC_H IP 配置分为四个页面，分别为 Step1: Basic Options，Step2: Memory Options，Step3: Interface Options，Step4: Summary，请务必按照该页面顺序配置。

Step 1: Basic Options

是 IP 的基本配置页面，页面如下图所示：

Step 2: Memory Options

是Memory 参数的配置页面，页面如下图所示：

Step 3: Interface Options

是接口参数的配置页面，页面如下图所示：

Step 4: Summary

用于打印当前的配置信息，不需要配置参数，页面如下图所示：

四：实验源码

DDR3 IP配置完成后会生成一个可用于例化的模块。

DDR3 IP 模块接口说明

如下图所示为DDR3 IP的Memory Interface（PHY）,不需要我们直接操作。

以下所示为外部输入时钟，复位，输出的用户时钟axi4 port0/port1/port2以及一些复位或者初始化完成的标志信号（可以通过连接LED灯来直观显示，更易观察）。

以下所示为AXI4协议的读写控制端口，也是用户可以直接操作用于控制DDR3读写的端口。

AXI4协议的读写控制这里不进行具体讲解。

DDR3 读写测试顶层模块设计

顶层模块的输入输出端口便是DDR3例化模块中的Memory Interface（PHY）和一些直连LED灯的用于观察的标志信号，因为本次实验通过按键来控制开始向DDR3写入数据，所以还需要一个输入按键。

然后对应DDR3的AXI4读写我们单独用一个模块来控制，顶层模块中的例化如下所示。

使用按键，所以需要一个按键消抖模块，顶层模块中的例化如下所示。

DDR3 AXI4读写控制模块

本次实验只是一个简单的读写测试实验，故可以将一些AXI4的信号配置为常量。

使用按键控制数据开始写入DDR3，通过一个移位寄存器来产生这个写标志。

使用状态机来控制写地址信号，写数据信号，读地址信号，读数据信号的产生及状态的切换和跳转。

当按键按下，写标志触发，状态机进入写地址状态，awvalid_0信号为高电平，当awready_0和awvalid_0同时为高电平时，写地址被有效写入，下一个周期awvalid_0为低电平同时状态机跳转到写数据的状态；

写数据状态中，wvalid_0为高电平，当wready_0和wvalid_0同时为高电平时，数据开始被写入，一共写入5~20总计16个数据（从0开始计数长度便为15）。当写到最后一个数据时wlast_0保持一个周期的高电平。这里我们用一个计数器来产生写入数据，当wready_0和wvalid_0同时为高电平时开始计数器开始自加，当计数到15时(最后一个写入数据)，下一个周期计数器清零，状态机跳转至等待写响应的状态；

写响应的状态中，通过一个移位寄存器抓取写响应有效bvalid_0信号为高电平的时刻，当bvalid_0且bresp_0为2’b00（表示写响应ok）时触发读开始的标志，状态机进入读地址写入状态；

读地址写入状态中，arvalid_0为高电平，当arready_0和arvalid_0同时为高电平时，读地址被有效写入（地址与写数据地址一致），下一个周期arvalid_0为低电平同时状态机跳转到读数据的状态；

读数据状态中，当rvalid_0 和 rready_和 rlast_0均为高电平时，状态机跳转至最初的状态等待按键被再次按下。读出的数据可以通过在线调试Debugger工具来查看。

DDR3 IP的时钟约束

IP 有 5 个时钟，分别为 pll_refclk_in、phy_clk、pll_aclk0、pll_aclk1、pll_aclk2、pll_pclk，其中 pll_refclk_in 是输入时钟，phy_clk、pll_aclk0、pll_aclk1、pll_aclk2、pll_pclk 都是 PLL 倍频得到，phy_clk 用作 HMIC_H 硬核的输入时钟，pll_aclk0 用做 AXI4 port0 的输入时钟，pll_aclk1 用做 AXI4 port1 的输入时钟，pll_aclk2 用做 AXI4 port2 的输入时钟，pll_pclk 用做APB port的输入时钟。phy_clk 是HMIC_H专用时钟，在IP内部使用，不允许外接使用。pll_pclk，pll_aclk_0，pll_aclk_1，pll_aclk_2 四路时钟供外部逻辑使用，彼此没有相位关系，都是异步时钟。

外部输入时钟约束如下。

Pll产生的时钟约束如下。

五：实验现象

点击Debugger按钮，下载程序，便可通过Debugger工具进行在线调试，查看具体信号的波形情况。

按下开发板的按键，产生写触发信号，awvalid_0信号为高电平，当awready_0和awvalid_0同时为高电平时，awvalid_0拉低同时进入写数据状态，wvalid_0拉高，随后wready_0和wvalid_0同时为高电平时开始写入数据5~20，wlast_0在写入最后一个数据时拉高。一段时间后bvalid_0拉高且bresp_0为2’b00，表示写入数据成功，然后进入读数据状态。