使用DDR4控制器实现多通道数据读写(九)

一、本章概括
在上一节中，我们概括了工程的整体思路，并提供了工程框架，给出了读写DDR4寄存器的接口列表和重点时序图。当然，对于将DDR4内存封装成FIFO接口，其中的重点在于对于读写DDR4内存地址的控制，相对于读写fifo只需要有读写数据和读写使能的接口来说，ddr4内存的读写需要控制更多的信号，其中最重要的就是地址和长度，这一章就重点讲到如何利用读写DDR4的接口来实现对DDR4的读写控制。
二、data_in_out模块接口列表：

三、data_in_out模块功能介绍
设计思路为：如果fifo_1不空并且ddr不满的话，就往ddr中写入fifo_1中的数据。如果fifo_2不满并且ddr不空的话，就从ddr中读出数据存到fifo_2中。
（1）、写入ddr：
Ddr的写模块和读模块在工作时会分别输出一个拉高的忙碌信号（wr_busy和rd_busy）。只要ddr不满并且fifo_1不空，并且wr_busy和rd_busy都为0时，就会拉高wr_req信号。
当开始写时，写地址就为awaddr_cnt。
增加一个ddr中有效数据的计数器addr_left。每写一个数就+1，每读一个数就-1。想要写ddr，就需要统计fifo_1中数据的数量和ddr中有多少空位。使用fifo_1的rd_data_count表示fifo_1中可以读出多少个数据，ddr的深度-addr_left表示ddr中可以存多少个数据。由于突发类型为incr类型，ddr的地址在存储数据的过程中不会自动回零，所以还要计算当前写地址距离写满地址还可以储存的数据数量。
以下为信号说明：
DDR_ADDR_MAX：32’H80000000，ddr4的地址深度。
ddr_data_max= DDR_ADDR_MAX[31:6]，表示ddr中可以存储的最大数据数量。
awaddr_data_cnt：awaddr_cnt[30:6]，表示当前ddr中写入的数据数量。
rd_data_count：为fifo_1中可以读出的数据数量。
addr_vac：ddr_data_max-addr_left，表示ddr中的空位可以存储的数据数量。
awaddr_sub_cnt：ddr_data_max-awaddr_data_cnt，表示距离写满地址还可以储存的数据数量。
因为写长度最大为255，所以当rd_data_count和addr_vac和awaddr_sub_cnt都大于255时，wr_len就为255，否则，就取这仨中最小的值-1。
如果ddr中有效数据数量addr_left = ddr_data_max，那么ddr_full为1，否则为0.
如果ddr中有效数据数量addr_left =0，那么ddr_empty为1，否则为0.
ddr的写数据通道的valid 和ready同时有效 = fifo_1的读使能。Fifo_1的读数据为写入ddr的数据。
（2）、读ddr:
只要ddr不空并且fifo_2不满，并且wr_busy和rd_busy都为0时，就会拉高rd_req信号。
在读ddr时，读地址为读ddr模块中的araddr_cnt。
以下为信号说明：
araddr_data_cnt：araddr_cnt[30:6]。表示当前从ddr中读取的数据数量
rd_fifo_left：511-(fifo_2的wr_data_count-2)，表示fifo_2中还可以写入的数据数量。
araddr_sub_cnt：ddr_data_max-araddr_data_cnt。表示距离读满地址还可以读取的数据数量。
因为读长度最大为255，所以当addr_left和rd_fifo_left和araddr_sub_cnt都大于255时，rd_len就为255，否则，就取他仨中最小的值-1。

Ddr的读数据通道的valid和ready同时有效时为fifo_2的写使能，ddr读出的数据为fifo_2的写数据。
为了更好理解以上内容，我们以ddr的地址空间为例，假设fifo_1有足够的数据，fifo_2有足够的空间，不考虑fifo的情况下。选择两种情况来分析一下：
第一种：araddr_cnt<awaddr_cnt

左边绿色为写地址，右边黄色为读地址，由下往上计数，max为ddr_data_max。
写地址还差50个数据写满，ddr中还剩20个数据，读写地址都没有到最大值，这时如果想要写ddr的话，写长度aw_len为50-1。如果想要读ddr的话，读长度ar_len为20-1。
第二种：araddr_cnt>awaddr_cnt

当读地址大于写地址时，说明写地址已经在写第2圈，读地址还在读第一圈，这时如果想要写ddr的话，写长度aw_len为50-20-1。因为写完的第一圈还有20的数据没读出去，第二圈又写了max-50的数据。所以还可以写进30个数据。如果想要读ddr的话，读长度ar_len为20-1。
四、仲裁功能
通常写请求和读请求会同时拉高，所以要设计一个仲裁模块，先写后读。
仲裁模块接口列表：

仲裁模块功能说明：
由于读写控制模块通常会同时发送写请求和读请求，但DDR4只能满足其中一种请求，要么实现写功能，要么实现读工能，在这里我们做一个仲裁，当两种请求同时来的时候，我们先发送写开始，当接收到写结束信号后，再发送读开始。
五、总结
到此，我们的单通道的读写功能已经完成，下一章节增加测试模块，并上板验证。

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