高分辨率视频图像处理中SDRAM控制器的设计

　　本文介绍了一种基于FPGA的用于高分辨率视频图像处理的SDRAM控制器的设计方法。通过设置SDRAM的工作状态，使其工作在猝发模式。在视频时序信号控制下，用多行连续的SDRAM存储空间，存取视频数据。并在数据接口部分增加FIFO，缓存一行视频，在像素时钟控制下，实现视频数据实时的存储和读取。通过改变相关参数，能对所有VESA分辨率视频流进行操作。具有通用性强、系统复杂度低、可靠性高、可扩展等特点。在某型号的机载大屏显示器系统中，用该SDRAM控制器实现了图像的翻转等功能，也验证了该控制器的实用性。

　　0引言

　　随着人们对视频图像的清晰度和细节显示要求的不断提高，高分辨率、高bit位的视频标准相继被推出。

　　造成了数据处理速度和数据处理量极大的增加，也给数据缓存的容量和控制提出较高的要求。在常用的存储器中，SDRAM具有大容量和高速度的特点，并且价格也比较便宜，在视频图像处理中被广泛的用于图像缓存。在基于FPGA的高分辨率视频图像处理系统中，不可避免地会涉及到用FPGA实现SDRAM控制器的方法。但由于SDRAM的操作方式较复杂，常见的控制器支持的视频分辨率普遍都不高。在高分辨率的视频图像已经普及的今天，支持高分辨率的SDRAM控制器的设计也已经被越来越多的视频图像处理人士关注。本文介绍的这种控制器，采用的是Micron公司的MT48LC4M32B2TG（1M×32×4 banks）SDR SDRAM，在Altera的StratixⅡ系列FPGA EP2S60F1020I4上进行的开发。

　　在此平台上采用VHDL语言开发了SDRAM的控制器。

　　该控制器实现了最高分辨率为1 600×1 200@60 Hz的视频流的缓存和图像翻转的功能。

　　1 SDRAM基本操作

　　SDRAM主要包括初始化、读/写操作、刷新、激活、预充电等操作。以MICRON公司的MT48LC4M32B2TG型号SDRAM为例分别介绍。

　　1.1初始化

　　SDRAM在上电后必须执行初始化操作，主要流程为：首先在电源电压和时钟稳定后，经过100μs的延时，执行一次空操作；然后进行预充电操作，使所有 BANK都进入空闲状态；再然后执行两个自动刷新命令；执行完自动刷新后进入模式设置状态，通过地址总线A［11：0］发送数据来设置模式寄存器。模式寄存器设置定义如图1所示。

　　1.2读/写操作

　　首先激活具体的BANK和行；然后发出读或写命令，和所要访问的起始列。在读命令发出后，要等待CAS延迟时间，有效数据才会出现在数据总线上。在写命令发出后，有效数据立即出现在数据总线上。读写命令可分为单个模式和猝发模式，猝发模式根据猝发长度分为1，2，4，8和全页模式。猝发操作可用猝发终止命令（BURST TERMINATE）结束。

　　1.3刷新

　　由于SDRAM的内部电路特点，必须执行刷新命令，以防止数据丢失。要求64 ms内至少刷新4 096次。

　　1.4激活

　　在读/写命令之前都要发出激活命令，激活特定BANK中的某一行。激活后此行一直处于有效状态，直到接收到预充电命令。

　　1.5预充电

　　预充电命令用于关闭特定BANK中的某一行，或者所有BANK.

　　各种操作命令对应的SDRAM管脚电平状态如表1所示。