Núcleos de interface de memória DDR SDRAM para sistemas-em-chip

Abstract

Dispositivos integrados de sistemas-em-chip (SoC), especialmente aqueles dedicados às aplicações multimídia, processam grandes quantidades de dados armazenados em memórias. O desempenho das portas de memória afeta diretamente no desempenho do sistema. A melhor utilização do espaço de armazenamento de dados e a redução do custo e do consumo de potência dos sistemas eletrônicos encorajam o desenvolvimento de arquiteturas eficientes para controladores de memória. Essa melhoria deve ser alcançada tanto para interfaces com memórias internas quanto externas ao chip. Em sistemas de processamento de vídeo, por exemplo, memórias de grande capacidade são necessárias para armazenar vários quadros de imagem enquanto que os algoritmos de compressão fazem a busca por redundâncias. No caso de sistemas implementados em tecnologia FPGA é possível utilizar os blocos de memória disponíveis internamente ao FPGA, os quais são limitados a poucos mega-bytes de dados. Para aumentar a capacidade de armazenamento de dados é necessário usar elementos de memória externa e um núcleo de propriedade intelectual (IP) de controlador de memória é necessário. Contudo, seu desenvolvimento é uma tarefa muito complexa e nem sempre é possível utilizar uma solução "sob demanda". O uso de FPGAs para prototipar sistemas permite ao desenvolvedor integrar módulos rapidamente. Nesse caso, a verificação do projeto é uma questão importante a ser considerada no desenvolvimento de um sistema complexo. Controladores de memória de alta velocidade são extremamente sensíveis aos atrasos de propagação da lógica e do roteamento. A síntese a partir de uma descrição em linguagem de hardware (HDL) necessita da verificação de sua compatibilidade com as especificações de temporização pré-determinadas. Como solução para esse problema, é apresentado nesse trabalho um IP do controlador de memória DDR SDRAM com função de BIST (Built-In Self-Test) integrada, onde o teste de memória é utilizado para verificar o funcionamento correto do controlador.

Many integrated Systems-on-Chip (SoC) devices, specially those dedicated to multimedia applications, process large amounts of data stored on memories. The performance of the memories ports directly affects the performance of the system. Optimization of the usage of data storage and reduction of cost and power consumption of the electronic systems encourage the development of efficient architectures for memory controllers. This improvement must be reached either for embedded or external memories. In systems for video processing, for example, large memory arrays are needed to store several video frames while compression algorithms search for redundancies. In the case of FPGA system implementation, it is possible to use memory blocks available inside FPGA, but for only a few megabytes of data. To increase data storage capacity it is necessary to use external memory devices and a memory controller intellectual property (IP) core is required. Nevertheless, its development is a very complex task and it is not always possible to have a custom solution. Using FPGA for system prototyping allows the developer to perform rapid integration of modules to exercise a hardware version. In this case, test is an important issue to be considered in a complex system design. High speed memory controllers are very sensitive to gate and routing delays and the synthesis from a hardware description language (HDL) needs to be verified to comply with predefined timing specifications. To overcome these problems, a DDR SDRAM controller IP was developed which integrate the BIST (Built-In Self-Test) function, where the memory test is used to check the correct functioning of the DDR controller.