SOPC实验：构建带SDRAM系统与时钟调整详解

本篇实验教程主要针对的是使用FPGA开发套件SOPC（System-on-a-Programmable-Chip）系统构建带SDRAM（Static Random Access Memory）的实践操作。实验目标是帮助读者复习SOPCBuilder软件的使用和NIOS II IDE的开发环境，掌握如何设计并实现一个基于SDRAM的可编程片上系统。 首先，实验者需要熟悉SDRAM的控制机制，尽管其本身较为复杂，但NIOS II提供的内置SDRAM控制器简化了这一过程。实验的核心步骤包括： 1. 设计控制器：利用NIOS II的特性，设计一个能够与所选SDRAM时序兼容的控制器，这通常需要参考SDRAM的数据手册来获取必要的时序参数。 2. 连接外部设备：正确连接地址线、数据线和控制线，确保NIOS II与SDRAM之间的通信畅通无阻。 3. 解决时钟相移问题：FPGA中的NIOS II和SDRAM各自需要独立的时钟源，但它们之间需要精确同步。实验者需理解PLL（Phase-Locked Loop）的不同输出选项，如C1、C0、E1、E0等，选择合适的时钟输出（如E0或C2），并计算时钟相移，确保满足SDRAM的输入建立时间（tsu）、输出保持时间（ton）以及FPGA内部延迟时间（tinsu和toutco）。 具体来说，为了稳定数据传输，需要满足以下条件： - 写入数据时：FPGA的引脚时钟（CLK2）比SDRAM时钟（CLK1）滞后至少tsu，以确保数据到达SDRAM之前已稳定。 - 读取数据时：FPGA引脚时钟（CLK2）与SDRAM时钟（CLK1）的差距应大于FPGA内部从接收到数据到输出的延迟（tin）。 通过这个实验，学习者将深化对SOPC系统设计的理解，并提升对硬件设计中时序和接口控制的实践经验，这对于FPGA开发尤其重要。在整个过程中，理解和应用这些原理和步骤对于构建高效、稳定的嵌入式系统至关重要。