Xilinx DDR3控制器接口带宽利用率测试（一） 控制器, 带宽, 接口

pengpengpang

前言：
对于DDR3的使用，相信大家都不会陌生。由于高带宽、大容量、廉价的特点，DDR3（颗粒或DIMM）常应用于存储数据、建立表项等场合。但是，在我们的应用中DDR3的接口带宽（即接口速率）利用率有多高呢？这是个棘手的问题，至少在此次测试之前博主本人是没有一个明确的答案的。如果不考虑开销，单纯从时钟和数据位宽的角度看，一个工作时钟为533M，数据总线位宽为64bits的DIMM，由于接口是DDR（Double Data Rate，双倍数据速率），那么这样一个DIMM的理论最大带宽为8.528GB/s。但是，DDR3的读写共用同一组数据总线，同时DDR3内部是以BANK/行/列的形式组织起来的，一个DDR3包含若干个BANK（4/8个),一个BANK包含若干行，一行包括若干列。读写切换、同BANK不同行间切换都需要比较长的切换时间，同时不同指令之间也有各种时间间隙要求。根据应用模式的不同，DDR3的接口带宽利用率差异非常大。
本次测试的目的是为了获得Xilinx的DDR3控制器与DDR3芯片配合时的带宽利用率等数据，用于发现现有设计的缺陷，并寻求解决和规避的办法。本次测试按照使用情形的不同，构造不同的测试条件对被测对象进行测试。本次测试计算带宽效率的方式是,往Xilinx的DDR3控制器中输入指定的激励，观察DDR3芯片接口上的有效数据所占的比例，由此计算出有效带宽。在本测试报告中主要图表为Modelsim上的截图，反应的是DDR3芯片接口上的时序图。
本次测试的全部内容会以五篇博文的形式分享给大家。
图表说明：

表1 Modelsim截图中信号描述

信号名	描述
ddr3_sram_a_dq	DDR3的64位输入输出数据总线
ddr3_sram_a_addr	DDR3的行/列地址输入总线
ddr3_sram_a_ba	DDR3的Bank地址输入总线
ddr3_sram_a_ras_n	DDR3命令输入线（行地址片选，低有效）
ddr3_sram_a_cas_n	DDR3命令输入线（列地址片选，低有效）
ddr3_sram_a_we_n	DDR3命令输入线（读写选择，低有效）
ddr3_sram_a_reset_n	DDR3复位输入（低有效）
ddr3_sram_a_cs_n	DDR3芯片片选输入
ddr3_sram_a_odt	DDR3 ODT控制输入
ddr3_sram_a_cke	DDR3时钟使能
ddr3_sram_a_dm	DDR3数据掩码输入线
ddr3_sram_a_dqs_p	DDR3数据锁存信号输入输出线（组随路时钟P端）
ddr3_sram_a_dqs_n	DDR3数据锁存信号输入输出线（组随路时钟N端）
ddr3_sram_a_ck_p	DDR3差分时钟输入（P端）
ddr3_sram_a_ck_n	DDR3差分时钟输入（N端）

表2 DDR3接口输入指令格式

指令类型	CS#	RAS#	CAS#	WE#	BA	A12	A10
单Bank precharge	L	L	H	L	BA	V	L
8Banks precharge	L	L	H	L	V	V	H
Bank active	L	L	H	H	BA	Row address
Write BL8 MRS	L	H	L	L	BA	V	L
Write BL8 MRS (auto precharge)	L	H	L	L	BA	V	H
Read BL8 MRS	L	H	L	H	BA	V	L
Read BL8 MRS (auto precharge)	L	H	L	H	BA	V	H

图1 仿真波形对应信号名

来源： http://blog.163.com/fpga_ip/blog/static/204443024201291612352592/