DDR地址、容量计算、Bank理解

DDR3 地址线

DDR3为减少地址线，把地址线分为行地址线和列地址线，在硬件上是同一组地址线；
地址线和列地址线是分时复用的，即地址要分两次送出，先送出行地址，再送出列地址。

   一般来说列地址线是10位，及A0...A9；行地址线数量根据内存大小，BANK数目，数据线位宽等决定(感觉也应该是行地址决定其他) ;

BANK

   bank是存储库的意思，也就是说，一块内存内部划分出了多个存储库，访问的时候指定存储库编号，就可以访问指定的存储库，内存中划分了多少个bank，要看地址线中有几位BA地址，如果有两位，说明有4个bank，如果有3位，说明有8个bank

DDR3 容量计算

   下面这张图是芯片k4t1g164qf资料中截取的；以1Gb容量的DDR2颗粒为例（其他的类似）；假设数据线位宽为16位，则看64Mb x 16这一列:

bank地址线位宽为3，及bank数目为 2^3=8；

行地址线位宽位13，及A0…A12；

列地址线位宽为10，及A0…A9；

有 2^3 * 2^13 * 2^10 = 2^26 =2^6Mb = 64Mb

再加上数据线，则容量为 64Mb x 16 = 128M Byte = =1G bit

对于4Gb的16bit DDR3,

bank address有三个bit，所以单个16bit DDR3内部有8个bank.
表示行的有A0~A14，共15个bit，说明一个bank中有2^15个行。
表示列的有A0~A9，共10个bit，说明一个bank中有2^10个行。
来看看单块16bit DDR3容量：
2^3*2^15*2^10=2^28=256M
我们的内存是512M，到这儿怎么变成256M了？被骗了？
呵呵，当然没有。
忘了我们前面一直提到的16bit。
16bit是2个byte对吧。
访问一个地址，内存认为是访问16bit的数据，也就是两个字节的数据。
256M个地址，也就是对应512M的数据了。

再来看看两个16bit是如何组成一个32bit的。
有一个概念一定要清楚，这儿所说的两个16bit组成一个32bit，指的是数据，与地址没有关系。
我开始这一块没搞清楚，一直认为是两个16bit的地址组成了一个32bit的地址。然后高位地址，地位地址，七七八八。。。
之后没一点头绪。
将16bit/32bit指的是数据宽度之后，就非常明了了。
每一块16bit DDR3中有8个bank，2^15个row，2^10个column。也就是有256M个地址。
看前面的连线可知，两块16bit DDR3的BA0~BA2和D0~D14其实是并行连接到CPU。
也就是说，CPU其实认为只有一块内存，访问的时候按照BA0~BA2和D0~D14给出地址。
两块16bit DDR3都收到了该地址。
它们是怎么响应的呢？
两块内存都是16bit，它们收到地址之后，给出的反应是要么将给定地址上2个字节送到数据线上，要么是将数据线上的两个字节写入到指定的地址。
再看数据线的连接，第一片的D0~D15连接到了CPU的D0~D15，第二片的D0~D15连接到了CPU的D16~D31。
CPU认为自己访问的是一块32bit的内存，所以CPU每给出一个地址，将访问4个字节的数据，读取/写入。
这4字节数据对应到CPU的D0~D31，又分别被连接到两片内存的D0~D15，这样一个32bit就被拆成了两个16bit.
反过来，也就是两个16bit组成了一个32bit.
CPU访问的内存地址有256M个，每访问一个地址，将访问4个字节，这样CPU能访问的内存即为1GB。

DDR3的内部是一个存储阵列，将数据“填”进去，你可以它想象成一张表格。和表格的检索原理一样，先指定一个行（Row），再指定一个列（Column），我们就可以准确地找到所需要的单元格，这就是内存芯片寻址的基本原理。对于内存，这个单元格可称为存储单元,那么这个表格（存储阵列）就是逻辑 Bank（Logical Bank，下面简称Bank）。

DDR3内部Bank示意图，这是一个NXN的阵列，B代表Bank地址编号，C代表列地址编号，R代表行地址编号。
如果寻址命令是B1、R2、C6，就能确定地址是图中红格的位置
目前DDR3内存芯片基本上都是8个Bank设计，也就是说一共有8个这样的“表格”。

寻址的流程也就是先指定Bank地址，再指定行地址，然后指列地址最终的确寻址单元。

目前DDR3系统而言，还存在物理Bank的概念，这是对内存子系统的一个相关术语，并不针对内存芯片。内存为了保证CPU正常工作，必须一次传输完CPU 在一个传输周期内所需要的数据。
而CPU在一个传输周期能接受的数据容量就是CPU数据总线的位宽，单位是bit(位)。
控制内存与CPU之间数据交换的北桥芯片也因此将内存总线的数据位宽等同于CPU数据总线的位宽，这个位宽就称为物理Bank（Physical Bank，有的资料称之为Rank）的位宽。目前这个位宽基本为64bit。

在实际工作中，Bank地址与相应的行地址是同时发出的，此时这个命令称之为“行激活”（Row Active）。在此之后，将发送列地址寻址命令与具体的操作命令（是读还是写），这两个命令也是同时发出的，所以一般都会以“读/写命令”来表示列寻址。根据相关的标准，从行有效到读/写命令发出之间的间隔被定义为tRCD，即RAS to CAS Delay（RAS至CAS延迟，RAS就是行地址选通脉冲，CAS就是列地址选通脉冲），我们可以理解为行选通周期。tRCD是DDR的一个重要时序参数，广义的tRCD以时钟周期（tCK，Clock Time）数为单位，比如tRCD=3，就代表延迟周期为两个时钟周期，具体到确切的时间，则要根据时钟频率而定，DDR3-800，tRCD=3，代表30ns的延迟。

接下来，相关的列地址被选中之后，将会触发数据传输，但从存储单元中输出到真正出现在内存芯片的 I/O 接口之间还需要一定的时间（数据触发本身就有延迟，而且还需要进行信号放大），这段时间就是非常著名的 CL（CAS Latency，列地址脉冲选通潜伏期）。CL 的数值与 tRCD 一样，以时钟周期数表示**。
如 DDR3-800，时钟频率为 100MHz，时钟周期为 10ns，如果 CL=2 就意味着 20ns 的潜伏期。
不过CL只是针对读取操作。

由于芯片体积的原因，存储单元中的电容容量很小，所以信号要经过放大来保证其有效的识别性，这个放大/驱动工作由S-AMP负责，一个存储体对应一个S- AMP通道。但它要有一个准备时间才能保证信号的发送强度（事前还要进行电压比较以进行逻辑电平的判断），因此从数据I/O总线上有数据输出之前的一个时钟上升沿开始，数据即已传向S-AMP，也就是说此时数据已经被触发，经过一定的驱动时间最终传向数据I/O总线进行输出，这段时间我们称之为 tAC（Access Time from CLK，时钟触发后的访问时间）。

目前内存的读写基本都是连续的，因为与CPU交换的数据量以一个Cache Line（即CPU内Cache的存储单位）的容量为准，一般为64字节。而现有的Rank位宽为8字节（64bit），那么就要一次连续传输8次，这就涉及到我们也经常能遇到的突发传输的概念。突发（Burst）是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输的周期数就是突发长度（Burst Lengths，简称BL）。

在进行突发传输时，只要指定起始列地址与突发长度，内存就会依次地自动对后面相应数量的存储单元进行读/写操作而不再需要控制器连续地提供列地址。这样，除了第一笔数据的传输需要若干个周期（主要是之前的延迟，一般的是tRCD+CL）外，其后每个数据只需一个周期的即可获得。

突发连续读取模式：只要指定起始列地址与突发长度，后续的寻址与数据的读取自动进行，而只要控制好两段突发读取命令的间隔周期（与BL相同）即可做到连续的突发传输。

谈到了突发长度时。如果BL=4，那么也就是说一次就传送4×64bit的数据。但是，如果其中的第二笔数据是不需要的，怎么办？还都传输吗？
为了屏蔽不需要的数据，人们采用了数据掩码（Data I/O Mask，简称DQM）技术。通过DQM，内存可以控制I/O端口取消哪些输出或输入的数据。
这里需要强调的是，在读取时，被屏蔽的数据仍然会从存储体传出，只是在“掩码逻辑单元”处被屏蔽。
DQM由北桥控制，为了精确屏蔽一个P-Bank位宽中的每个字节，每个DIMM有8个DQM 信号线，每个信号针对一个字节。这样，对于4bit位宽芯片，两个芯片共用一个DQM信号线，对于8bit位宽芯片，一个芯片占用一个DQM信号，而对于 16bit位宽芯片，则需要两个DQM引脚。

在数据读取完之后，为了腾出读出放大器以供同一Bank内其他行的寻址并传输数据，内存芯片将进行预充电的操作来关闭当前工作行。还是以上面那个Bank示意图为例。当前寻址的存储单元是B1、R2、C6。如果接下来的寻址命令是B1、R2、C4，则不用预充电，因为读出放大器正在为这一行服务。但如果地址命令是B1、R4、C4，由于是同一Bank的不同行，那么就必须要先把R2关闭，才能对R4寻址。从开始关闭现有的工作行，到可以打开新的工作行之间的间隔就是tRP（Row Precharge command Period，行预充电有效周期），单位也是时钟周期数。

在不同Bank间读写也是这样，先把原来数据写回，再激活新的Bank/Row。

DQS 是DDR中的重要功能，它的功能主要用来在一个时钟周期内准确的区分出每个传输周期，并便于接收方准确接收数据。每一颗芯片都有一个DQS信号线，它是双向的，在写入时它用来传送由北桥发来的DQS信号，读取时，则由芯片生成DQS向北桥发送。完全可以说，它就是数据的同步信号。
在读取时，DQS与数据信号同时生成（也是在CK与CK#的交叉点）。而DDR内存中的CL也就是从CAS发出到DQS生成的间隔，DQS生成时，芯片内部的预取已经完毕了，由于预取的原因，实际的数据传出可能会提前于DQS发生（数据提前于DQS传出）。由于是并行传输，DDR内存对tAC也有一定的要求，对于DDR266，tAC的允许范围是±0.75ns，对于DDR333，则是±0.7ns，有关它们的时序图示见前文，其中CL里包含了一段DQS 的导入期。
DQS 在读取时与数据同步传输，那么接收时也是以DQS的上下沿为准吗？不，如果以DQS的上下沿区分数据周期的危险很大。由于芯片有预取的操作，所以输出时的同步很难控制，只能限制在一定的时间范围内，数据在各I/O端口的出现时间可能有快有慢，会与DQS有一定的间隔，这也就是为什么要有一个tAC规定的原因。而在接收方，一切必须保证同步接收，不能有tAC之类的偏差。这样在写入时，芯片不再自己生成DQS，而以发送方传来的DQS为基准，并相应延后一定的时间，在DQS的中部为数据周期的选取分割点（在读取时分割点就是上下沿），从这里分隔开两个传输周期。这样做的好处是，由于各数据信号都会有一个逻辑电平保持周期，即使发送时不同步，在DQS上下沿时都处于保持周期中，此时数据接收触发的准确性无疑是最高的。

在写入时，以DQS的高/低电平期中部为数据周期分割点，而不是上/下沿，但数据的接收触发仍为DQS的上/下沿

标签：DQS,DDR,地址,内存,16bit,CPU,Bank
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