逻辑分析仪在SDRAM应用中的测量

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钗愉富
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1 逻辑分析仪在 SDRAM 测量中的应用 1. 引言广州致远电子有限公司在嵌入式系统中, 经常要用到大容量的随机存储器 (RAM) 来运行程序或存储数据, SDRAM(Synchronous DRAM, 同步动态随机存储器 ) 即是其中之一, 凭借着低廉的价格大容量与系统总线速率同步等优势, 应用非常广泛, 特别适用于图像处理高速数据采集等场合由于 SDRAM 的操作时序相对比较复杂, 接口不能直接与大部分微处理器的存储器接口相连接, 需要在其间插入控制器实现桥接功能 ( 若与 FPGA 连接则需在内部加入 SDRAM 控制器 IP), 容易出现问题 ; 因此在嵌入式系统中 SDRAM 或 SDRAM IP 核的调试过程中, 使用分析工具对 SDRAM 的时序进行测试分析对于问题的发现提高产品设计进度是很有帮助的鉴于 SDRAM 的信号线比较多, 而且是同步操作, 所以选择逻辑分析仪 ( 状态分析仪 ) 来测量是最适合的下面将通过一个简单的例子来介绍如何使用逻辑分析仪测量 SDRAM 2. 硬件平台介绍被测系统为一 FPGA 开发平台,SDRAM 用来运行片上系统 (SOPC) 的程序, 测量时需将 SDRAM 的信号线引出来 ( 注意引线不能太长, 最好等长 ), 以便于接逻辑分析仪的探针, 如图 1 所示由于 SDRAM 的信号线比较多, 因此在设计 PCB 阶段要考虑留测试端口, 这样可以方便测试图 1 测试平台在本系统中 SDRAM 的时钟运行频率为 100MHz, 由于采用同步采样, 且 SDRAM 时钟频率高, 因此需要高测量带宽大储深度的逻辑分析仪, 这里采用的是广州致远电子有限公司 LAB6000 系列的逻辑分析仪 LAB6052, 其状态采样带宽及存储深度足以满足 SDRAM 的测量 3. 建立应用平台这里将建立一个简单的 SOPC 应用平台, 用于介绍逻辑分析仪在 SDRAM 测量中的应用典型的 SOPC 系统框架如图 2 所示,SDRAM 通过 FPGA 内部的 SDRAM 控制器桥接, 再与其它主设备连接我们要测试的就是 SDRAM 控制器与 SDRAM 芯片之间的数据通路 1

为了便于测试, 这里建立一个只包含 JTAG 主端口桥和 SDRAM 控制器的系统, 这样我们就可以通过 JTAG 接口来控制 SDRAM 进行读写操作图 2 SDRAM 在系统中的组成关系控制程序由 TCL 语言实现, 通过上位机控制平台及下载线与 JTAG 接口连接, 实现对 SDRAM 的读写控制操作过程是往 SDRAM 连续写入 8 个

逻辑分析仪测量应用测量 SDRAM 需要的信号有 CLK CKE WEn CASn RASn CSn DQMH DQML ADDR BANK 和 DATA 因为信号线比较多, 所以在测量过程中 DATA 的高 8 位没有接 ( 不影响分析 ) 其中 CSn RASn CASn 和 WEn 为命令控制信号, 可归列为一条测量总线 ( 命名为

2 为了便于测试, 这里建立一个只包含 JTAG 主端口桥和 SDRAM 控制器的系统, 这样我们就可以通过 JTAG 接口来控制 SDRAM 进行读写操作图 2 SDRAM 在系统中的组成关系控制程序由 TCL 语言实现, 通过上位机控制平台及下载线与 JTAG 接口连接, 实现对 SDRAM 的读写控制操作过程是往 SDRAM 连续写入 8 个 32 位的数据, 然后再读出来显示, 程序如程序清单 1 所示在操作的过程中启动逻辑分析仪进行数据采集, 便可将采样回来的数据与读写控制的数据进行同步对比分析程序清单 1 SDRAM 控制程序 4. 逻辑分析仪测量应用测量 SDRAM 需要的信号有 CLK CKE WEn CASn RASn CSn DQMH DQML ADDR BANK 和 DATA 因为信号线比较多, 所以在测量过程中 DATA 的高 8 位没有接 ( 不影响分析 ) 其中 CSn RASn CASn 和 WEn 为命令控制信号, 可归列为一条测量总线 ( 命名为 COMMAND), 便于实现命令触发逻辑分析仪的采样模式设置为同步采样 ( 状态采样 ), 采样时钟选择 CLK 将逻辑分析仪的测量探针连接好并在软件上设置好采样通道便可以进行采样在采样之前先简单介绍 SDRAM 的控制命令, 如表 1 所列, 表中命令值为 CSn RASn CASn 和 WEn 的集合 ( 当连线顺序改变时, 命令值也要跟着变 ), 命令值在逻辑分析仪采样时做命令触发很有帮助表 1 SDRAM 控制命令命令命令值 CSn RASn CASn WEn ADDR 抑制操作 F H X X X X 2

不操作 7 L H H H X 激活 3 L L H H 块 / 行读 5 L H L H 块 / 列写 4 L H L L 块 / 列突发终止 6 L H H L X 预充电 2 L L H L 代码刷新 1 L L L H X 模式寄存 0 L L L L 操作器设置代码准备就绪后, 我们设置逻辑分析仪的触发条件为 COMMAND=4( 即当 SDRAM 产生写操作时触发 ),

0x00000003(16 位总线 ) 地址写入了一个 32 位的数据 0x00000001 观察采样回来的数据并与用户写操作的数据做对比, 结果是一致的图 3 SDRAM 写时序同样我们可以设置触发条件为 COMMAND=5( 即当 SDRAM 产生读操作时触发 ), 如图 4 所示, 从图中可以看出操作时序是从 SDRAM 的 0x00000002 0x00000003 读

3 不操作 7 L H H H X 激活 3 L L H H 块 / 行读 5 L H L H 块 / 列写 4 L H L L 块 / 列突发终止 6 L H H L X 预充电 2 L L H L 代码刷新 1 L L L H X 模式寄存 0 L L L L 操作器设置代码准备就绪后, 我们设置逻辑分析仪的触发条件为 COMMAND=4( 即当 SDRAM 产生写操作时触发 ), 之后启动逻辑分析仪, 当程序运行时, 就能采样到 SDRAM 写数据的时序如图 3 所示, 从图中的 COMMAND 我们可以了解到 SDRAM 命令操作的顺序为 0x3( 换行, 行地址为 0),0x07( 不操作 ),0x04( 写操作 ), 写操作持续两个周期, 分别对列地址 2 写入 1, 和列地址 3 写入 0,BANK 为 0, 即往 SDRAM 的 0x x (16 位总线 ) 地址写入了一个 32 位的数据 0x 观察采样回来的数据并与用户写操作的数据做对比, 结果是一致的图 3 SDRAM 写时序同样我们可以设置触发条件为 COMMAND=5( 即当 SDRAM 产生读操作时触发 ), 如图 4 所示, 从图中可以看出操作时序是从 SDRAM 的 0x x 读 0x 出来图 4 SDRAM 读时序从图 4 中也可以发现, 从发送读命令到数据返回共用了三个采样周期, 即读数据潜伏期 CAS Latency = 3 这个参数可以从 SDRAM 控制器的手册获取, 也可使用逻辑分析仪采样获取,SDRAM 控制器在上电的时候会对 SDRAM 的模式寄存器进行配置, 因此我们可以设置触发条件为 COMMAND=0( 设置模式寄存器 ), 获取 SDRAM 上电时的配置时序, 如图 5 所示其中 ADDR 为配置寄存器的值 ( 这里为 0x30), 通过 SDRAM 的数据手册我们可以查知它的意义, 其中 CAS Latency 的定义为 (A6 A5 A4 地址线 ), 如表 2 所列因此 0x30 即表示 CAS Latency = 3 3

图 5 SDRAM 配置模式寄存器时序表 2 CAS Latency 这里通过触发命令的方式来介绍逻辑分析仪在采样分析 SDRAM 时序中的应用, 用户还可以根据自己的需求分析其它细节, 如分析 SDRAM 的 BANK 切换换行突发传输预充电刷新等操作是否符合设计要求, 从而解决设计过程中存在的问题 5.

4 图 5 SDRAM 配置模式寄存器时序表 2 CAS Latency 这里通过触发命令的方式来介绍逻辑分析仪在采样分析 SDRAM 时序中的应用, 用户还可以根据自己的需求分析其它细节, 如分析 SDRAM 的 BANK 切换换行突发传输预充电刷新等操作是否符合设计要求, 从而解决设计过程中存在的问题 5. 结语本文通过一个小系统来介绍逻辑分析仪在 SDRAM 测量中的应用, 其目的不单只是介绍 SDRAM 的测量分析, 同时也介绍了逻辑分析仪的一些应用技巧, 如文中通过建立触发命令总线的方式来采样数据因此在应用分析中, 我们可以根据实际情况通过一些方式巧妙地设置触发条件来协助分析, 采样回来的数据也可以通过查找快速定位等等 4

5 关于广州致远电子有限公司广州致远电子有限公司成立于 2001 年 5 月, 设备网现场总线 DeviceNet 协会 (ODVA CHINA) 成员单位, 是集研发生产销售于一体的专业公司公司业务遍及全国各地, 并已进军国际市场公司内部研究所下设 : 工业通讯网络事业部楼宇自动化事业部测量与分析事业部嵌入式系统应用事业部电源事业部 OEM/ODM 产品事业部计算机软件开发中心工业设计中心等公司拥有成套的自动化生产线, 先进的检测设施, 确保产成品的稳定与可靠公司本着诚信第一客户至上的原则, 以高水平的质量与服务为经营宗旨, 竭诚希望各界同仁惠顾与合作关于测量与分析事业部广州致远电子有限公司是集研发生产销售和服务于一体, 产学研双结合的高新技术企业广州致远电子有限公司测量与分析事业部致力于测量测试仪器和开发工具设计与开发现拥有十大类, 数十种产品产品囊括数字示波器逻辑分析仪协议分析仪数字万用表信号发生器通用仿真器通用编程器数据采集板卡等产品广泛应用于电子研发生产制造工业控制网络通信科研院校和国防科技等领域同时, 广州致远电子有限公司应邀参与数字示波器和逻辑分析仪国家标准的制定测量与分析事业部的产品还得到了 TI NXP RENESAS FUJITSU WINBOND INFINEON LIMINARY SUNPLUS MYSON SYNCMOS 等著名半导体公司的第三方认可联系方式 : 广州致远电子有限公司地址 : 广州市天河区车陂路黄洲工业区三栋二楼销售电话 : 销售邮箱 : sales@embedtools.com 技术支持电话 : 技术支持邮箱 : support@embedtools.com 技术支持论坛 : 广州周立功单片机发展有限公司地址 : 广州市天河北路 689 号光大银行大厦 12 楼 F4 邮编 : 电话 :(020) 深圳周立功地址 : 深圳市深南中路 2070 号电子科技大厦 C 座 4 楼 D 室邮编 : 电话 :(0755) (5 线 ) 北京周立功地址 : 北京市海淀区知春路 113 号银网中心 A 座室邮编 : 电话 :(010) 上海周立功地址 : 上海市北京东路 668 号科技京城东座 7E 室邮编 : 电话 :(021) 杭州周立功地址 : 杭州市天目山路 217 号江南电子大厦 502 室邮编 : 电话 :(0571) 南京周立功地址 : 南京市珠江路 280 号珠江大厦 1501 室邮编 : 电话 :(025) 重庆周立功地址 : 重庆市九龙坡区石桥铺科园一路二号大西洋国际大厦 ( 赛格电子市场 ) 1611 室邮编 : 电话 :(023) 成都周立功地址 : 成都市一环路南二段 1 号数码科技大厦 403 室邮编 : 电话 :(028) 武汉周立功地址 : 武汉市洪山区广埠屯珞瑜路 158 号室 ( 华中电脑数码市场 ) 邮编 : 电话 :(027) 广州专卖店地址 : 广州市天河区新赛格电子城室邮编 : 电话 :(020) 西安办事处地址 : 西安市长安北路 54 号太平洋大厦 1201 室邮编 : 电话 :(029)

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