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基于FPGA的存儲解決方案——外部SRAM

2017-07-27 16:29:26

外部SRAM是指連接在FPGA外部的靜態(tài)RAM(SRAM)。外部SRAM存儲器也有很多種類。對于外部SRAM的選擇是由應(yīng)用需求的性質(zhì)決定的。使用外部SRAM存儲器兼具優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)
外部SRAM存儲器提供比片內(nèi)存儲器更大的存儲容量,速度也相當(dāng)快,但是略差于片內(nèi)存儲器。常用的外部SRAM的容量可達(dá)128KB至10MB。特殊的SRAM可以具有更小或更大的容量。SRAM一般情況下是具有很低的反應(yīng)時(shí)間和高吞吐量的設(shè)備,由于是通過共享的雙向總線連接到FPGA上,外部SRAM的速度比片上存儲器稍低。SRAM的接口很簡單,這使得將SRAM連接到FPGA成為一項(xiàng)簡單的設(shè)計(jì)工作。你還可以使用多個(gè)外部SRAM共享總線,甚至使用不同種類外部存儲器,比如閃存或SDRAM。

缺點(diǎn)
在基于FPGA的嵌入系統(tǒng)中使用外部SRAM的主要缺點(diǎn)就是成本高以及占用板上空間。SRAM設(shè)備要比其它高容量的存儲器諸如SDRAM,每MB的平均售價(jià)更昂貴。而且SRAM也比SDRAM和“零空間”的FPGA片內(nèi)存儲器平均每MB占用更多的板上空間。

最佳應(yīng)用場合
外部SRAM作為存儲中等大小的數(shù)據(jù)模塊的緩沖表現(xiàn)良好。可以使用外部SRAM作為不適合片內(nèi)存儲器且反應(yīng)時(shí)間又低于SDRAM的數(shù)據(jù)緩存。還可以將多個(gè)SRAM相組合以增加容量。
SRAM也是隨機(jī)尋址數(shù)據(jù)的最佳選擇。很多SRAM器件都可以存取無序地址的數(shù)據(jù),反應(yīng)時(shí)間與存取有序地址的數(shù)據(jù)一樣短,而SDRAM在這一點(diǎn)上做得并不好。SRAM是大型LUT的理想存儲器種類,能夠儲存諸如對于片內(nèi)存儲器來說過于巨大的色彩轉(zhuǎn)換運(yùn)算法則數(shù)據(jù)。
外部SRAM作為執(zhí)行存儲器為無緩存的CPU工作時(shí)表現(xiàn)相對良好。當(dāng)CPU沒有緩存來緩沖其它種類存儲器的高反應(yīng)時(shí)間時(shí),外部SRAM的低反映時(shí)間特性有助于改善CPU的性能。

不適于應(yīng)用場合
外部SRAM不適用的系統(tǒng)包括:需要使用大數(shù)據(jù)量存儲器的系統(tǒng)和成本受限的系統(tǒng)。如果系統(tǒng)需求一個(gè)大于10MB的存儲模塊,設(shè)計(jì)者將更傾向于考慮其它種類的存儲器,比如更低廉的SDRAM。

外部SRAM的種類
有多種SRAM器件可供選擇。最常見的種類如下:
異步SRAM – 由于其不依靠時(shí)鐘,所以是最慢的一種SRAM。
同步SRAM(SSRAM)– 同步SRAM運(yùn)行同步于一個(gè)時(shí)鐘信號 。同步SRAM的速度比異步SRAM快,但是也更昂貴。
偽SRAM – 偽SRAM(PSRAM)是指具有SSRAM接口的動態(tài)RAM(DRAM)
零總線周轉(zhuǎn)時(shí)間SRAM –零總線周轉(zhuǎn)時(shí)間SRAM(ZBT SRAM)從讀到寫的轉(zhuǎn)換需要零個(gè)時(shí)鐘周期,這使得它的反應(yīng)時(shí)間很短。ZBT SRAM通常需要一個(gè)專用的控制器使其低反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

注意事項(xiàng)
為使外部SRAM器件達(dá)到出最佳性能,建議遵循以下原則:
使用與連接的主系統(tǒng)控制器的接口數(shù)據(jù)帶寬相同的SRAM。
如果管腳使用或板上空間的限制高于系統(tǒng)性能要求,可以使用較連接的控制器的數(shù)據(jù)帶寬小一些的SRAM設(shè)備,以便減少管腳數(shù)量并減少PCB板上可能的存儲器數(shù)量。然而,這種變化將導(dǎo)致降低SRAM接口的性能。
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