基于VHDL的SDRAM控制器的实现
ADDR为输入地址端口。控制器将其解析为对应的片选、页以及行、列地址。以一条MIT16LSDT6464A内存条为例，其大小为512Mbyte（2 29 byte）。数据位宽为64bit（8byte），则地址线ADDR应为26根。可以这样映射地址：ADDR[25]对应内存芯片组号；ADDR[24:23]对应页号；ADDR[22:10]对应行号；ADDR[9:0]对应列号。
DATAIN为写入数据端口，64bit位宽。
DATAOUT为读出数据端口，64bit位宽。
RD_OE为读出数据使能端口，当其为1时，表示从下一个时钟起，数据将依次出现在DATAOUT口上。
WR_OE为写入数据使能端口，当其为1时，写入数据应该依次出现在DATAIN口上。
CMD[2:0]为命令输入端口，分别表示读、写内存等待操作。其中，CMD=“000”表示无操作，内存条交给控制器管理，定其完成刷新工作；REFRESH命令由外部逻辑指定特刷新的内存芯片信号，组号由ADDR的低位给出；LOAD_MODE命令执行内存条工作寄存器初始化工作，初始化值由DATAIN的低13位决定，内存芯片组号同样由ADDR的低位给出；同理，ADDR的低位也决定了预充电操作所对应的内存芯片组号。
CMDACK为命令应答端口，表示命令已经被执行，使外部逻辑可以向控制器发出下一个动作。
4.2 状态机
图3是SDRAM控制器的状态转移图。状态图中的各个状态内均包含一系列的子状态转移（对SDRAM内存条发出连续命令），每个子状态完成一个功能操作。初始化操作包括前面介绍的内存条初始化全过程，工作寄存器的默认值在VHDL程序中指定。以后可以通过LOAD_MODE命令改变内存条的工作模式。初始化结束后，内存条进入Idel状态，刷新计数器开始工作，控制器开始响应外部逻辑的操作请求。
刷新计数器操作是一个独立的进程（process）。刷新计数器的初值由内存芯片要求、内存条个数和控制器工作频率共同决定。例如，在本次设计中，所采用的MT48LC32M8A2内存芯片要求在64ms内夏至少刷新8196次。而MIT16LSDT6464A型内存条共有两组内存芯片，也就是要求在64ms内要发出8196×2条自刷新（AUTO REFRESH）指令。系统工作时钟为46.66MHz,因此控制单条MIT16LSDT6464A时，刷新计数器初值至多为（64ms/8196/2）×6、、46.66MHz,即182.开始工作后，每当刷新计数器值减为0,便依次向内存芯片组发出刷新命令，保证SDRAM中的数据不丢失。刷新请求是内存请求；读和写操作是外部请求。在Idel状态中有请求仲裁逻辑，当内部和外部请求同时出现时，优先保证内部请求，状态转移至刷新操作。当刷新操作结束时，重新返回Idel状态，开始响应外部请求。响应外部请求后，应答信号CMDBAK出现正脉冲。它通知外部逻辑，请求已经被响应，可以撤销请求。在刷新操作状态中，也有许数器计数，其大小等于控制器管理的内存芯片信号。记录并判断此次刷新操作所对应的内存芯片的组号，产生相应的片选信号。
响应读、写请求后，状态从Idel转移到读、写状态。同时读、写地址和写入的数据锁存至控制器。控制器由读写地址解析出CS信号、页地址、行地址、列地址。向内存条发出一系列命令（ACTIVE,READ/WRITE with AUTO PRECHARGE），完成读写操作，为了简化，此控制器向SDRAM发出的都是带有AUTO PRECHARGE的读、写指令，然后由SDRAM内部逻辑自动在读、写过程末期发出PRECHARGE指令（在发READ/WRITE指令时，地址线A10赋值1,打开AUTO PRECHARGE功能）。图4和图5分别是利用该控制器完成读、写操作的时序图。读操作的CAS延迟为两个时钟。
该SDRAM控制器在中频数据海量存储系统中已得到应用。数据接收逻辑将接收到的中频采样数据整理后（拼接成64bit），通过SDRAM控制器存入SDRAM阵列。存满后，数据输出逻辑将中频数据通过SDRAM控制器从内存条中取出，传输至上位机。其VHDL代码在ATERA公司的FPGA--EP1C6Q240中通过了Quartus II的仿真、综合和布局、布线。占用499个logic cellk,消耗了8%的逻辑资源。留有丰富的资源可提供给其它逻辑单元使用。
上面介绍了SDRAM的基本工作原理和一种简单的通用SDRAM控制器的实现。SDRAM的控制机制比较复杂，具有多种突发读、写方式和工作模式（详细内容请参考SDRAM的数据手册）。但是，可以根据实现应用，实现其中的一个子集（基本读、写、刷新操作）来满足实际系统的需要。用SDRAM实现大容量的高速数据缓存具有明显的优势，使用可编程器件实现SDRAM控制器则使之具有更高的灵活性，其应用前景广阔。
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