陳榮軍　鐘秀媚　譚洪舟　丁顏玉

摘要：SDRAM是一種廣泛應(yīng)用于移動(dòng)、手持設(shè)備的存儲(chǔ)芯片，它一次只能允許一個(gè)外設(shè)對(duì)其進(jìn)行讀寫，對(duì)其正確的控制關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，因此，如何合理地分配外設(shè)對(duì)SDRAM的讀寫控制權(quán)至關(guān)重要。該文在圖像拍攝顯示基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，添加串口對(duì)SDRAM的控制模塊，用verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)一個(gè)串口傳送模塊，將SDRAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過串口傳送到PC機(jī)上，協(xié)議簡單，所需資源少，可以實(shí)現(xiàn)較高速傳送。

關(guān)鍵詞：FPGA；verilog；SDRAM；UART

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2012)36-8796-03

該文描述了一種基于FPGA的SDRAM讀寫改進(jìn)方法。本設(shè)計(jì)以攝像頭從外界獲取圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SDRAM中為例，如果僅通過VGA控制模塊讀取該圖像數(shù)據(jù)顯示到屏幕上，則每次拍照得到的圖像只能預(yù)覽而無法對(duì)其進(jìn)行處理，并且會(huì)被下一次拍的圖像覆蓋，因此就需要添加一個(gè)傳送模塊，將該圖像傳送到PC上，進(jìn)行后續(xù)必要的處理。

在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及分布式工業(yè)控制系統(tǒng)中，串行通信時(shí)用來交換數(shù)據(jù)和信息的常用方式，具有占用資源少、工作穩(wěn)定可靠、可以靈活潛入到一些通信系統(tǒng)中[1]。

1 總體方案設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）作為可編程邏輯器件，是在PAL等邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其規(guī)模比較大，可以代替幾百塊通用IC芯片[2]。采用verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)串口和SDRAM控制模塊。

2.1 UART控制模塊設(shè)計(jì)

2.2 SDRAM控制器模塊設(shè)計(jì)

SDRAM是Synchronous Dynamic Random Access Memory（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）的簡稱。SDRAM具有容量大、傳輸速度快、價(jià)格低廉、支持突發(fā)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，其單片容量可達(dá)256 Mb或更高，工作速度可達(dá)100~200 MHz，目前，許多嵌入式設(shè)備的大容量存儲(chǔ)器都采用SDRAM來實(shí)現(xiàn)。但由于SDRAM靠電容存儲(chǔ)信息，存在泄漏電流問題，因此需要不停的動(dòng)態(tài)刷新。另外SDRAM本身在某一時(shí)刻的訪問操作只能是單向的，即不能同時(shí)進(jìn)行讀寫，因此需要建立一個(gè)合理的握手機(jī)制，避免同一時(shí)刻對(duì)同一個(gè)SDRAM進(jìn)行讀寫[5]。

在通常的設(shè)計(jì)中一般采用SDRAM存儲(chǔ)器時(shí)，通常都是搭建一個(gè)Nios系統(tǒng)，用Altera提供的SDRAM控制器的IP核完成其控制電路。但是，采用其IP核需要花費(fèi)更多的硬件資源，因此可以自己設(shè)計(jì)SDRAM控制電路。

由于三個(gè)模塊：圖像采集、VGA控制、串口傳送模塊要對(duì)SDRAM的同一段存儲(chǔ)空間進(jìn)行讀寫，而且每個(gè)模塊的讀寫速度不盡相同，因此，合理分配其讀寫時(shí)序非常重要。SDRAM控制器模塊中包括了三個(gè)FIFO：一個(gè)用于D5M模塊對(duì)SDRAM進(jìn)行寫操作的緩沖FIFO，另外兩個(gè)分別是用于VGA和UART模塊對(duì)SDRAM進(jìn)行讀操作的緩沖FIFO。每個(gè)FIFO的輸入輸出數(shù)據(jù)寬度均為32位。3個(gè)FIFO輪流對(duì)SDRAM進(jìn)行讀/寫一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)FIFO“滿”則跳過對(duì)SDRAM的操作。

3 調(diào)試

5 結(jié)束語

要實(shí)現(xiàn)SDRAM到PC的直接數(shù)據(jù)傳輸可以有多種方式：串口、USB、Ethernet。該文描述的是一種通過串口進(jìn)行傳送的方式，其協(xié)議簡單，占用資源少，可以實(shí)現(xiàn)較高速有效的傳送。在原有的設(shè)計(jì)中，攝像頭模塊與VGA控制模塊對(duì)SDRAM進(jìn)行讀寫，但每次拍照得到的圖像只能存儲(chǔ)在SDRAM中，無法對(duì)其進(jìn)行處理，并且會(huì)被下一次拍的圖像覆蓋，因此添加了一個(gè)傳送模塊將該圖像傳送到PC上。經(jīng)驗(yàn)證，圖像獲取模塊、VGA控制模塊與UART各自有序地掌握SDRAM的讀寫控制權(quán)，實(shí)現(xiàn)了圖像獲取、存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)耐暾^程。

參考文獻(xiàn):

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[2] 鐘秀媚,陳榮軍,李偉健.一種基于FPGA和超聲波的虛擬電子琴設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2012(10):142-144.

[3] 張靖武,周靈彬. 單片機(jī)原理、應(yīng)用于PROTEUS仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[4] 郝立兵. 基于FPGA技術(shù)的RS232接口時(shí)序電路設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(6):175-176 .

[5] 陸軍,高樂,劉濤,等. 基于FPGA的全景圖像處理系統(tǒng)SDRAM控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用科技,2012(2):55-60.