본 논문은 FPGA를 이용한 SDRAM Controller 설계 방법에 관하여 기술한다. 임베디드 시스템의 성능 향상과 함께, 대용량의 메모리를 지원하기 위하여 SDRAM이 사용되고 있으며, 이를 위해서는 SDRAM 컨트롤러의 설계가 요구된다. 본 논문에서는 FPGA에서 SDRAM 제어기를 구현함으로써 SDRAM을 사용할 수 있도록 하며 ARM코어로부터 제어되는 AHB-Lite 버스에서 SDRAM이 동작하는 결과를 보여준다.
본 논문에서는 SDRAM의 전력 소모를 줄이는 DTMB 디인터리버의 구조를 제안한다. DTMB는 중국의 디지털 TV 표준으로써, 길이가 긴 지연버퍼들로 이루어진 디인터리버를 가지고 있다. 이 디인터리버를 구현하려면 SDRAM이 필요하다. 본 논문에서는 디인터리버에서 데이터를 페어링하여 두 개의 데이터를 한 번에 SDRAM에 읽거나 쓰는 구조를 제안한다. 제안된 구조는 SDRAM을 동작시키는 횟수를 줄임으로써 SDRAM에서 소모되는 전력을 약 35% 줄일 수 있다.
본 논문에서는 마이크로프로세서와 주변블록 사이에서 SDRAM을 사용함에 있어서 DMA(Direct Memory Access)에 의한 효율적인 SDRAM 접근방식을 제시하고 있다. 여기에서 마이크로프로세서는 AMBA 버스를 통해서 SDRAM에 접근을 하고 DMA는 DMA 전용 버스를 통해서 SDRAM에 접근한다. 마이크로프로세서가 SDRAM에 접근하지 않고 다른 레지스터에 접근하거나, 아니면 마이크로프로세서 캐쉬에서 히트(hit)신호가 발생하여 SDRAM에 접근할 필요가 없을 때에 주변 블록에서는 DMA를 통해서 SDRAM에 접근하여 데이타를 읽거나 쓰기 동작을 통해서 SDRAM을 효율적으로 사용할 수 있다. 이 방법은 DMA가 마이크로프로세서의 SDRAM 억세스를 최소한의 방해로 SDRAM을 사용할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용함으로써 전체적인 시스템 효율을 높여 약 16.8% 정도의 성능 향상 효과를 가져옴을 확인 할 수 있었다.
본 논문에서는 버퍼 변환과 단일 위치 레지스터 구조를 이용하여 SDRAM에서의 전력 소모를 줄이는 DTMB 디인터리버 구조를 제안하였다. 수신 성능 향상을 위해 인터리빙의 길이가 긴 DTMB의 디인터리버는 그 특성상 SDRAM에 긴 지연버퍼들을 배치하여 구현한다. 그러나 기존의 구조는 데이터를 읽고 쓸 때 마다 거의 매번 새로운 SDRAM row를 활성화하는 단점이 있다. 제안하는 구조에서는 버퍼 변환을 통해 길이가 짧은 여러 개의 지연버퍼로 변환함으로써 row 활성화 수를 줄이고, 단일 위치 레지스터 구조를 도입하여 위치 레지스터의 개수가 늘어나는 문제점을 보완하였다. 실험결과를 통해 면적은 거의 동일하면서 SDRAM에서의 전력 소모는 약 37%로 줄일 수 있음을 확인하였다.
In this paper, we propose a SDRAM Controller. The SDRAM is often used a mainstream memory as embedded system memory due to its short latency, burst access and pipeline features. The proposed Controller provides essential functions for SDRAM initialization, read/write accesses, memory refresh and Burst access. Furthermore, the proposed controller is implemented in the form of SOFT IP. Therefore, it reduces the designer's effort greatly.
본 논문에서는 내장된 SDRAM 에 대한 기능 및 AC 변수를 테스트하는 BIST 회로의 알고리듬 및 회로 구현을 기술하였다 제안된 BIST 회로를 사용하여 내장된 SDRAM 의 고장난 비트 셀의 어드레스 위치를 출력시킴으로써 Redundancy 회로 사용에 관한 정좌를 제공하도록 설계하였다. 또 실지 동작 주파수에서의 내장된 SDRAM 의 AC 변수에 대한 테스트를 수행하여 메모리의 오동작이 발생된 경우 어떤 AC 변수가 설계 사양을 벗어나는지를 출력하도록 구현하였다. $0.25\mu\textrm{m}$ 셀 라이브러리를 이용하여 회로 합성하는 경우 전체 게이트 수는 약 4,500 개 정도이고, Verilog 레지스터 전송 언어를 사용하여 설계 및 시뮬레이션을 통하여 검증하였다. 하나의 AC 변수에 대해서 2Y-March 14N 알고리듬으로 테스트하는 경우 100Mhz 동작 주파수에서 테스트 시간은 200ms 정도이다.
낮은 전력선 잡음과 피드쓰루 전류를 갖는 저전력 SDRAM 출력 버퍼가 소개된다. 다수의 I/O를 갖는 SDRAM 출력 버퍼에 있어서, 제안된 언더슈트 방지 회로를 통하여, 피드쓰루 전류의 감소뿐 아니라, 전력소모의 감소가 가능하다. 효율적인 피드백 방법을 사용한 풀다운 드라이버를 사용하여, 접지선 잡음을 감소시킬 수 있다. 기존의 회로에 비하여 접지선 잡음은 66.3%, 순간 전력소모는 27.5%, 평균 전력 소모는 11.4% 감소되었다.
최근 듀얼-프로세서 기반의 모바일 내장형 시스템을 위한 듀얼-포트 SDRAM이 발표되었다. 이는 단일 메모리 칩이 두 프로세서의 로컬 메모리와 공유 메모리 역할을 모두 담당하므로 공유 메모리를 위하여 추가의 SRAM 메모리를 사용하는 기존의 구조에 비해 더 간단한 통신 구조이다. 양 포트로부터의 동시적인 접근에서의 상호배타성을 보장하기 위하여 모든 공유 메모리 접근에는 특수한 동기화 기법이 수반되어야 하는데 이는 잠재적인 성능 악화의 원인이 된다. 이 논문에서는 이러한 동기화 비용을 고려하여 듀얼-포트SDRAM 구조의 성능을 평가하고, 주 응용의 통신 특성을 고려하여 최적화한 락우선권 기법과 정적복사 기법을 제안한다. 더 나아가, 공유 뱅크를 여러 블록으로 나눔으로써 서로 다른 블록들에 대한 동시적인 접근을 가능케 하여 성능을 개선하도록 한다. 가상 프로토타이핑 환경에서 수행된 실험은 이러한 최적화 기법들이 기본 듀얼-포트SDRAM 구조에 비하여 20-50%의 성능 향상을 가져옴을 보여준다.
We have proposed BIST method and circuit for embedded 16M SDRAM with logic. It can test the AC parameter of embedded 16M SDRAM using the BIST circuit capable of detecting the address of a fail cell installed in an Merged Memory with Logic(MML). It generates the information of repair for redundancy circuit. The function and AC parameter of the embedded memory can also be tested using the proposed BIST method. It is possible to test the embedded SDRAM without external test pin. The total gate of the BIST circuit is approximately 4,500 in the case of synthesizing by 0.25μm cell library and is verified by Verilog simulation. The test time of each one AC parameter is about 200ms using 2Y-March 14n algorithm.
Park, Hong-June;Sohn, Young-Soo;Park, Jin-Seok;Bae, Seung-Jun;Park, Seok-Woo
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제1권1호
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pp.50-69
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2001
Three kinds of high-speed signaling methods for synchronous DRAM (SDRAM) bus interface channels (PC-133, Direct-Rambus, and SSTL-2) were analyzed in terms of the timing budget and the physical transmission characteristics. To analyze the SDRAM bus interface channels, loss mechanisms and the effective characteristic impedance method were reviewed and the ABCD matrix method was proposed as an analytic and yet accurate method. SPICE simulations were done to get the AC responses and the eye patterns of the three SDRAM bus interface channels for performance comparisons. Recent progress and future trend for SDRAM bus interface standards were reviewed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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