UDP--DDR--SFP,FPGA实现之ddr读写控制模块
DDR读写控制模块实现介绍
由于该模块接口数量较多，为了详细说明模块实现，采用文字流程进行介绍
- 上级模块传输数据到来
- 捕捉数据有效上升沿
- 传输写指令，写有效，写指令成功被下一级模块缓存，进行写地址+一次读写长度（bit为单位）
- 传递写数据，每次写完1k数据，进行size+1，记录最终的KB大小（以1K为单位），提供给读取内存模块，指示可读取范围
- 接收到地址清除信号，地址回读信号，将读写输出地址置0，地址清除信号代表上位机要重写文件，将地址置0，即可表示擦除DDR数据，即将有效地址清零，标记为无效地址块；地址回读信号，即读取内存模块成功完成一次文件读取，回到0地址，进行第二次数据读取。所谓0地址，可根据所选用的DDR起始地址设定，不一定全为0，只要是数据块的起始写入位置即可，要求固定。
- 接收到读取指令，转换为op指令，进行数据读取
DDR读写控制模块代码编写
通过文字流程描述，逻辑梳理可以将代码清晰的进行写出
module ddr_rw_control(input i_ui_clk ,input i_ui_rst ,/*ASYNC_BUF_DDR*/input [31:0] i_send_data ,input i_send_valid ,input i_read_cmd ,input i_raddr_clear ,input i_read_back ,output [15:0] o_store_size ,/*op-->axi*/output [1 :0] o_op_cmd ,output [29:0] o_op_waddr ,output [29:0] o_op_raddr ,output o_op_valid ,input i_op_ready ,output [31:0] o_write_data ,output o_write_valid ,input [31:0] i_read_data ,input i_read_valid );localparam P_ADDR = 4*256 ;reg [31:0] ri_send_data ;
reg ri_send_valid ;
reg [31:0] ri_send_data_1d ;
reg ri_send_valid_1d;
reg ri_read_cmd ;
reg [1 :0] ro_op_cmd ;
reg [29:0] ro_op_waddr ;
reg [29:0] ro_op_raddr ;
reg ro_op_valid ;
reg ri_op_ready ;
reg [31:0] ri_read_data ;
reg ri_read_valid ;
reg [15:0] ro_store_size ;
(*mark_debug = "true"*)wire w_send_pos ;
(*mark_debug = "true"*)wire w_read_pos ;
wire w_send_neg ;
assign w_send_pos = ~ri_send_valid & i_send_valid ;
assign w_send_neg = ~ri_send_valid & ri_send_valid_1d;
assign w_read_pos = ~ri_read_cmd & i_read_cmd ;
assign o_op_cmd = ro_op_cmd ;
assign o_op_waddr = ro_op_waddr ;
assign o_op_raddr = ro_op_raddr ;
assign o_op_valid = ro_op_valid ;
assign o_write_data = ri_send_data ;
assign o_write_valid = ri_send_valid ;
assign o_store_size = ro_store_size ;always @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ri_op_ready <= 1'b0;elseri_op_ready <= i_op_ready;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst) beginri_send_data <= 32'd0;ri_send_valid <= 1'b0 ;ri_send_data_1d <= 32'd0;ri_send_valid_1d <= 1'b0 ;endelse beginri_send_data <= i_send_data ;ri_send_valid <= i_send_valid ;ri_send_data_1d <= ri_send_data ;ri_send_valid_1d <= ri_send_valid;end
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ro_store_size <= 16'h0;else if(i_raddr_clear)ro_store_size <= 16'h0;else if(w_send_neg)ro_store_size <= ro_store_size + 1'b1;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ri_read_cmd <= 1'b0;elseri_read_cmd <= i_read_cmd;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ro_op_cmd <= 2'b00;else if(w_send_pos)ro_op_cmd <= 2'b01;else if(w_read_pos)ro_op_cmd <= 2'b10;else if(ro_op_valid && i_op_ready)ro_op_cmd <= 2'b00;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ro_op_valid <= 1'b0;else if(ro_op_valid && i_op_ready)ro_op_valid <= 1'b0;else if(~ro_op_valid && w_send_pos)ro_op_valid <= 1'b1;else if(~ro_op_valid && w_read_pos)ro_op_valid <= 1'b1;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ro_op_waddr <= 'd0;else if(i_raddr_clear || i_read_back)ro_op_waddr <= 'd0;else if(ro_op_valid && i_op_ready && ro_op_cmd == 2'b01)ro_op_waddr <= ro_op_waddr + P_ADDR;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst)ro_op_raddr <= 'd0;else if(i_raddr_clear || i_read_back)ro_op_raddr <= 'd0;else if(ro_op_valid && i_op_ready && ro_op_cmd == 2'b10)ro_op_raddr <= ro_op_raddr + P_ADDR;
endalways @(posedge i_ui_clk,posedge i_ui_rst) beginif(i_ui_rst) beginri_read_data <= 32'd0;ri_read_valid <= 1'b0 ;endelse beginri_read_data <= i_read_data ;ri_read_valid <= i_read_valid;end
endendmodule
接下来对代码中几个比较关键的讲解
首先是ro_op_waddr 和ro_op_raddr ，为什么其要在op总线信号握手成功后，再进行地址递增操作
这是参考了AXIS的涉及，ro_op_valid信号指示读写地址、指令等信息的有效，i_op_ready指示下一级模块成功接收到这些信息，如果地址与op_valid同步处理，会造成基础地址，不会被写入数据，直接是基础地址+2000了，所以要在每次握手成功后，进行地址的加操作
cmd为1表示写操作，cmd为2表示读操作
同样对于ro_store_size 这个信号，其表示缓存了多少KB，则在每次传入有效信号的下降沿进行+1，则可以表示写入了DDR多少KB，若是在上升沿操作，其理论上也不会出现问题。
关于代码的说明便介绍到这里，接下来进行仿真实验。
DDR读写控制模块仿真
即在之前章节的基础上，添加对该模块的例化即可，另外，考虑到内存块读取模块尚未实现，对于输入的read_cmd指令，笔者便先通过仿真给信号实现。完整的tb文件代码如下
module tb_module();reg i_udp_clk = 1'b0;
reg i_udp_rst = 1'b0;
reg i_ui_clk = 1'b0;
reg i_ui_rst = 1'b0;
reg i_sfp_clk = 1'b0;
reg i_sfp_rst = 1'b0;
reg [7 :0] i_udp_data = 8'd0;
reg i_udp_valid = 1'd0;
reg i_rcmd = 1'b0;
wire [7 :0] w_store_udp_data ;
wire w_store_udp_valid ;
wire w_store_done ;
wire w_raddr_clear ;
wire w_sync_clear ;
wire w_read_cmd ;
reg [31:0] r_read_data = 32'd0;
reg r_read_valid = 1'd0 ;
wire [31:0] w_send_data ;
wire w_send_valid ;
wire [1 :0] w_op_cmd ;
wire [29:0] w_op_waddr ;
wire [29:0] w_op_raddr ;
wire w_op_valid ;
wire [31:0] w_write_data ;
wire w_write_valid ;
wire [15:0] w_store_size ;integer i = 0;
integer j = 0;
always #4 i_udp_clk = ~i_udp_clk;
always #2.5 i_ui_clk = ~i_ui_clk ;
always #2 i_sfp_clk = ~i_sfp_clk;
initial begini_udp_rst = 1;i_sfp_rst = 1;i_ui_rst = 1;#100@(i_sfp_clk) begini_udp_rst <= 1'b0;i_sfp_rst <= 1'b0;i_ui_rst <= 1'b0;end#100/*传输擦除指令*/@(posedge i_udp_clk)udp_cmd(64'HD5D5D5D5_FCFCFCFC);/*传输256KB*/@(posedge i_udp_clk)for(i = 0;i < 256; i = i + 1) begin@(posedge i_udp_clk)udp_send(1024);#500@(posedge i_udp_clk);end/*传输完成指令*/@(posedge i_udp_clk)udp_cmd(64'HA5A5A5A5_BCBCBCBC);#1000@(posedge i_udp_clk)i_rcmd <= 1'b1;@(posedge i_udp_clk)i_rcmd <= 1'b0;#100@(posedge i_udp_clk)udp_cmd(64'HD5D5D5D5_FCFCFCFC);
end/*指令监测，输出监测后数据*/
udp_cmd_check udp_cmd_check_u0(.i_clk (i_udp_clk ),.i_rst (i_udp_rst ),.i_udp_data (i_udp_data ),.i_udp_valid (i_udp_valid ),.o_udp_data (w_store_udp_data ),.o_udp_valid (w_store_udp_valid ),.o_store_done (w_store_done ),.o_raddr_clear (w_raddr_clear ));/*跨时钟域处理，1Byte-->4Bytes,udp-->ddr*/
ASYNC_BUF_DDR ASYNC_BUF_DDR_U0(.i_udp_clk (i_udp_clk ),.i_udp_rst (i_udp_rst ),.i_ui_clk (i_ui_clk ),.i_ui_rst (i_ui_rst ),.i_udp_data (w_store_udp_data ),.i_udp_valid (w_store_udp_valid ),.o_send_data (w_send_data ),.o_send_valid (w_send_valid ));/*读取地址清除信号跨时钟*/
sync_s2f sync_s2f_u0(.i_clk_slow (i_udp_clk ),.i_signal (w_raddr_clear ),.i_clk_fast (i_ui_clk ),.o_sync (w_sync_clear )
);ddr_rw_control ddr_rw_control_u0(.i_ui_clk (i_ui_clk ),.i_ui_rst (i_ui_rst ),.i_send_data (w_send_data ),.i_send_valid (w_send_valid ),.i_read_cmd (i_rcmd ),.i_raddr_clear (w_sync_clear ),.i_read_back (1'b0 ),.o_store_size (w_store_size ),.o_op_cmd (w_op_cmd ),.o_op_waddr (w_op_waddr ),.o_op_raddr (w_op_raddr ),.o_op_valid (w_op_valid ),.i_op_ready (1'b1 ),.o_write_data (w_write_data ),.o_write_valid (w_write_valid ),.i_read_data (32'd0 ),.i_read_valid (1'b0 ));task udp_send(input [15:0] byte_len);begin : datainteger i;i_udp_data = 8'd0;i_udp_valid = 1'd0;@(posedge i_udp_clk);for(i = 0;i < byte_len ;i = i + 1)begini_udp_data <= i_udp_data + 1'b1;i_udp_valid <= 1'b1;@(posedge i_udp_clk);endi_udp_data <= 8'd0;i_udp_valid <= 1'd0;
end
endtasktask udp_cmd(input [63:0] i_cmd);begin : cmdinteger i;i_udp_data = 8'd0;i_udp_valid = 1'd0;@(posedge i_udp_clk);for(i = 0;i < 8 ;i = i + 1)begini_udp_data <= i_cmd[63:56];i_cmd <= {i_cmd[55:0],8'h0};i_udp_valid <= 1'b1;@(posedge i_udp_clk);endi_udp_data <= 8'd0;i_udp_valid <= 1'd0;
end
endtask
endmodule
模拟仿真的流程与前两节类似，只是在udp文件传输完成后，加入了一次读操作，观察指令输出情况，以及一次擦除指令下发，因为初始时地址为0，无法观察擦除命令是否成功执行，需要注意，此时还没有链接DDR_AXI模块，所以不会有数据读出，只是检验指令输出过程是否正确。
由下图所示，为第一帧数据传输进来，op指令进行相应转译，cmd为1，写地址为0，握手成功后，写地址+0x2000,
观察最后一帧数据传输完成，size记录为256KB，记录正确，waddr的下一次写地址为30’h0x00200000,即256X1024X8，正确，注意使用AXI控制器读写地址时，单位为bit。
观察read_cmd以及DDR擦除指令传输情况，若下图所示，成功进行了一次读取指令译码，以及当clear指令拉高时，可以看出size以及操作地址等变量成功清零。
经过上述仿真，可以看出该模块正常工作，对于该模块的编写是较为简单的，在开发中，是十分常用的模块，有必要进行掌握。关于本节代码的问题，以及优化意见，欢迎大家在评论区指出，如果想要对应工程进行学习，欢迎大家私信。