DDR3（5）：读写仲裁

　　上一讲我们完成了读的控制，但是并不知道是否设计成功，必须读写结合才行。DDR3 的 app 端的命令总线是读写复用的，因此可能会存在读写冲突的时刻，为了解决此问题，必须进行分时读写，也就是我们说的仲裁，具体是完成读还是写，交由仲裁模块来决定。

一、仲裁模块分析

　　在我们实现了 DDR3 控制器 IP 核的读、写之后会发现读和写是共用一组命令线的，因此读、写需要分时的使用 IP 核中的命令总线，具体的解决方法如图:

　　如上图所示，我们可以对分时的将 wr_ctrl 和 rd_ctrl 模块的 app_cmd信号传输给 IP 核的 app_cmd 信号。对于 wr_ctrl 和 rd_ctrl 模块的 app_addr信号，我们可以在不使用时将其置为 0，这样我们将 wr_ctrl 和 rd_ctrl 模块的 app_addr 进行按位或，结果即为 IP 核的 app_addr。同理，IP 核的 app_en 也可以通过 wr_ctrl 和 rd_ctrl 模块的 app_en 按位或得到。具体的示例代码如下所示：

assign app_en   = app_wr_en   | app_rd_en;
assign app_addr = app_wr_addr | app_rd_addr;
assign app_cmd  = app_wr_en   ? app_wr_cmd : app_rd_cmd; //写优先

　　如上所述，我们完成了读、写模块与 IP 核的交互，但是假如读、写的启动信号同时产生，将会造成 app_addr 和 app_en 同时有效，上述的按位或的方式将会失效，因此我们不能让读、写启动信号同时产生，为了解决这个问题，我们可以加一个仲裁器来控制产生读、写的启动信号，具体框图如下所示：

　　为了完成上图所示的仲裁器，我们可以设定一个状态机，具体如图 8 所示。当复位结束后，可以直接进入到仲裁状态（ARBIT），在 ARBIT 状态等待读、写请求，当某一个请求到来，即进入到对应的状态执行相应的操作，执行完回到ARBIT 状态等待下一次的请求，并且只有在 ARBIT 状态时读、写的请求才会有效，这样就可以保证读、写不会冲突。

 

二、仲裁模块设计

　　本次设计仲裁模块，结合上述所说，波形如下所示，写请求优先级高于读优先级。

　　本次设计均学自《威三学院FPGA教程》，具体代码就不贴了。

　　顶层文件不要忘了例化此模块，同时由于顶层模块多了读写控制的代码：

assign app_en   = app_wr_en   | app_rd_en;
assign app_addr = app_wr_addr | app_rd_addr;
assign app_cmd  = app_wr_en   ? app_wr_cmd : app_rd_cmd; //写优先

因此在写控制模块和读控制模块的例化中，app_en、app_addr、app_cmd 这三个信号需要修改为对应的信号。

 

三、仲裁模块仿真

　　设计仿真时我设计了一个校验程序，如果成功会显示 checked success，失败会显示 error cnt。经过仔细检查发现成功读回了写入的64个128bit数据，打印信息也显示 checked success! 说明此次仲裁模块及之前的读写模块都是正确的。

参考资料：威三学院FPGA教程