作者：James Shen，来源：FPGA FAE技术分享选集
AMD FPGA MIG IP介绍
MIG IP(Memory Interface Generator,存储器接口生成器)是AMD公司为其FPGA产品开发的一款专用IP核,主要用于简化FPGA与外部高速存储器之间接口的设计与实现。
AMD FPGA MIG IP作用:
MIG IP作用是自动生成符合存储器规范的接口逻辑,帮助开发者快速构建稳定\高性能的存储器连接,而无需深入理解存储器底层的时序细节。
AMD FPGA MIG IP特点:
1.支持多种存储器类型:如DDR3/DDR3L、DDR4、LPDDR4/5 (取决于FPGA系列)。
2.集成多层接口逻辑:生成的IP包含物理层、控制器和用户接口(AXI4或Native),形成完整的“FPGA -存储器”通信链路。
3.自动化适配与校准:内置板级校准逻辑,可自动补偿PCB布线、温度、电压变化带来的时序偏差,提升接口稳定性。
4.与AMDFPGA深度兼容:针对28nm、20nm、16nm、7nm工艺的Xilinx主流FPGA系列,能充分发挥DDR器件的高带宽性能。
AMD FPGA MIG IP当前的挑战：
1.在存储类型中,大部分FPGA系列暂时不支持LPDDR4.在Spartan UltraScale Plus\Versal会支持LPDDR4/DDR5。
2.在当前的MIG IP的Memory Part一栏中,大部分可选的器件是Micron的系列，其它品牌系列不在可选范围内。
3.不同厂商发布DDR4的通知对开发者器件选型产生影响:
镁光:针对特定领域的产品生命周期终止
三星:减少生产规模
海力士:彻底停止
4.开发者选择不在MIG IP列表中的Memory Part,极大地增加了开发的难度。
本文从两方面探讨选用AMD FPGA搭配ISSI DDR的设计流程:
一、软件层面:MIG IP配置流程详细讲解:
MIG IP使用流程如下:
1.搭建项目:
a.确定目标FPGA型号、外部存储器型号 。
b.准备FPGA开发板(或自定义PCB)的引脚约束文件(.xdc)。
2.创建Vivado工程
打开Vivado,点击"Create Project",选择型号、工程路径。
3.添加MIG IP核
a.在Vivado工程界面左侧"Flow Navigator"中,点击"IP Catalog"。
b.在"Memory Interface Generator"找到MIG。
c.双击MIG IP，进入参数配置界面。
4.MIG IP核心参数配置(关键步骤)
"Basic"标签页
a.Memory Part：选择存储器型号,设置正确的参数。
b.Controller Type:选择控制器类型(AXI4适合与处理器核"如Zynq"配合，Native为直接接口)。
c.Reference Clock Frequency:设置参考时钟频率等。
5."Pin Assignment"标签页
a.Bank Selection：选择存储器接口所在的FPGA Bank(需与硬件PCB设计一致,注意Bank电压与存储器VDDQ匹配)。
b.Pin Out:配置引脚分配方式:
c.若使用开发板,可选择"Board Part"并加载开发板文件,自动分配引脚。
d.自定义设计:点击"Import"导入引脚约束文件(.xdc),或手动指定地址线(A [0..n]）、数据线(DQ [0..n])、差分时钟(CK/CK#)、控制信号(CKE、CS#、WE#等)的引脚。
"Timing"标签页
a.自动加载所选存储器的时序参数(如tCK、tWR、tRCD等),若为自定义存储器,需手动输入数据手册中的时序值。
b.可调整"Margin"时序余量,提高稳定性(默认值通常足够,极端场景可微调)。
"Advanced"标签页(可选)
a.Calibration:启用自动校准(默认开启,用于补偿板级延迟和温度漂移)。
b.ECC:若存储器支持ECC,可启用(需芯片支持)。
c.Debug Signals:勾选"Enable Debug"可生成调试信号(用于板级调试,会增加资源消耗)。
5.生成MIG IP核
a.配置完成后,会自动验证参数合法性。
b.验证通过后,生成IP核的网表、例化模板和约束文件。
6.例化MIG IP到用户设计
a.生成完成后，在"Sources"窗口中找到MIG IP的例化模板(通常路径:ip_name/example_design/ip_name.veo)。
b.复制模板代码到用户顶层模块,根据接口类型(AXI4/Native)连接用户逻辑:AXI4接口用于连接AXI4主机(如Zynq的HP接口),通过AXI4协议读写存储器。Native接口用于直接连接用户逻辑,通过app_addr地址、app_wdf_data写数据、app_en使能等信号控制读写。
7.约束文件处理
a.MIG会自动生成存储器接口的时序约束,包含时钟约束、引脚约束等。
b.将生成的约束文件添加到工程,并与用户自定义约束合并。
8.综合与实现
a.点击"Run Synthesis"进行综合,检查是否有逻辑错误。
b.综合通过后,点击"Run Implementation"生成比特流。
注意事项及应对策略:
1.在上面流程中的第四步的Memory Part选择中,由于ISSI器件不在官方推荐的的列表中,故下面表格中的参数都需要开发者自行设置:
2.这些参数涉及到下面一系列信息，对此需要对照ISSI芯片手册，匹配正确参数:
3.提供方便可靠的应对策略:
a.创建ISSI_DDR4.csv文件
b.用记事本或者Excel打开；
c.对照芯片手册,找到相关的参数,一一填写,建议选择Min值。
c.保存后,在MIG IP中勾选"Enable Custom Parts Data File"并导入,并重复上面的流程。
d.生成了Generate Bitstream后下载到板卡上,首先确认MIG能否正常完成初始化与校准,这是后续测试的前提,同时查看如下参数是否PASS,
d.根据验证的结果,对Fail的参数,找到对应的参数进行修正,直到每一项都PASS。
e.功能测试:
校准成功后,验证MIG的基本读写功能,确保数据传输无错误。
固定数据读写:向固定地址再读出比对,确保无错误。
地址递增读写:从地0依次写入,再连续读出,验证数据与地址的对应关系。
边界地址测试:访问存储器最大地址(如DDR4 1GB对应地址0x3FF_FFFF),验证是否正常读写。
读写冲突测试:同时发出读命令和写命令,验证MIG是否按优先级处理,且无数据错乱。
附带DDR调试常见的问题与排查方法:
二.硬件层面:ISSI DDR的PCB布局布线。
1.参考AMD官方的手册UG583之PCB Guidelines for Memory Interfaces。
2.为实现DDR最佳性能并尽量减少信号失真与串扰。
a.对于VDD/VTT/VPP/VREFCA等电源轨,增加去耦电容外加大电容。
b.去耦电容值(0.01/0.1/1uF),大电容值(4.7uF)。
c.去耦电容靠近电源,大限度地减少电感,大电容提供负载所需的高速瞬态电流。
3.走线长度和匹配规则:
a.时钟信号:
Match the true/complement signals within 0.5%(=+-0.25%) of the clock period or ±2ps.
Clocks should maintain a length-matching between clock pairs of ±5 ps.
b.地址线和控制线,在Byte组内的DQ/DQS/DM:
Route all addresses and commands to match the clock signals to within ±20 ps to each DDR4 component.
Match in length all DQ, DQS, and DM signals within a given byte-lane group with a maximum deviation of ±10 ps.
Match the true/complement DQS signals within 0.5%(=+-0.25%) of the clock period or ±2ps.
c.信号类型划分的阻抗分配:
同一字节组的信号,如DQS、DM和 DQ等,应在同一层布线。
如果需要进行层转换,尽量减少返回电流路径,降低电感和阻抗不连续性。
d.DDR4的阻抗设计:
40Ω±10%(通常通过0.15mm的走线宽度实现)。
DDR4的差分阻抗设计:
83Ω±15%(通常通过0.10mm的走线宽度和0.10mm的间距实现)。
70Ω±15%(通常通过0.15mm的走线宽度和0.10mm的间距实现)。
以上内容，从软件配置和硬件设计两方面探讨了AMD FPGA搭配ISSI DDR的设计流程,其中详细讲解了MIG IP的软件配置的流程，匹配ISSI的DDR4器件的方法，以及检验和测试的方法。
如果您了解更多关于MIG使用方面的疑问，欢迎联系：