基于图像处理系统中SDRAM控制器的FPGA实现摘要：简要介绍了SDRAM工作原理并认真研究了Altera提供的SDRAM控制器，根据实际系统使用需要加以修改简化，设计了对修改后控制器进行操作的状态机。采用全页突发读写模式，每次读/写后自动刷新，省掉了传统设计中的刷新计数控制逻辑。整个设计采用VHDL实现，已在实际系统中成功使用。
1、引言
在实时视频图像处理系统中，由于要对视频图像进行实时处理，而视频数据流的数据量大，实时性要求高，所以需要高速大容量的存储器作为图像数据的缓存。SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步动态随机存取存储器）相比于SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器）等存储器具有容量大、速度快、体积小、价格低等优点，因此成为图像处理系统中常用的数据存储器。但SDRAM的控制逻辑比较复杂，对时序要求也十分严格，所以需要设计专门的SDRAM控制器以完成和SDRAM芯片的接口。本文在对Altera提供的SDRAM控制器IP核适当修改的基础上实现了对图1的图像处理系统中SDRAM的有效控制。
在以上系统中，Camera Link接口的相机送出的高速 LVDS视频信号经 Channel Link接收芯片 DS90CR288接收转化为 TTL电平后送给FPGA，再由通过 FPGA实现的 SDRAM控制器将有效像素数据写入SDRAM。另外，通过 SDRAM将有效像素数据读入 FPGA并实现对图像的处理算法后送视频编码芯片 ADV7123进行 D/A转换，显示。
2、SDRAM的工作特性
本系统中用到的是Hynix公司的HY57V283220-7型号的SDRAM芯片，其容量为128Mbit（ 4 Banks x 1M x 32Bit），下面将以它为例简要介绍SDRAM的主要工作特性。
2.1主要管脚信号
SDRAM芯片的主要管脚信号有控制信号，地址信号，数据信号，且以上信号的输入或输出均与工作时钟同步。
控制信号主要有：片选信号（/CS），时钟使能信号（CKE），输入输出使能信号（DQM0～DQM3），读写控制命令字（/CAS、/RAS、/WE）。通过/CAS、/RAS、/WE的各种逻辑组合，可产生各种控制命令(见表1)。
地址信号有：页地址选择信号（BA0、BA1），行、列地址选择信号（A0～A12）。通过分时复用决定地址是行地址还是列地址。在读写操作中，在地址线上依次给出页地址、行地址、列地址，最终确定存储单元地址。
数据信号（DQ0～DQ31），双向数据信号，且有效与否受输入输出使能信号（DQM0～DQM3）控制。
2.2 主要操作命令
要正确地对SDRAM进行操作，需要输入多种命令：包括模式寄存器设置、预充电、行激活、列读写、自动刷新、突发终止、空操作等命令。具体见下表。
注：H表示高电平1，L表示低电平0，X表示电平为任意。
2.3 模式寄存器的设置
不同于其他的存储器，在SDRAM芯片内部还有一个逻辑控制单元，并且有一个模式寄存器为其提供控制参数，每次上电后都要先对这个控制逻辑核心进行初始化。初始化过程中关键的阶段就是模式寄存器的设置。通过模式寄存器设置命令对模式寄存器进行编程，这组信息将会一直保存在模式寄存器中，直到他再次被编程或器件掉电为止；他规定了SDRAM的操作模式包括：突发长度（Burst Length）、突发类型（Burst Type）、CAS潜伏期（CAS Latency）、运行模式（Operate Mode）及写突发模式（Write Burst）。具体格式如表2所示。
具体设置值及其意义请参见有关资料和所使用SDRAM的芯片资料，这里不再详述。
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