FPGA中memory的应用——多通道共享缓存

转自EETOP论坛，原文链接：http://bbs.eetop.cn/thread-311514-1-2.html

FPGA应用于通信领域时，常常外接大容量memory器件用于缓存，常用的有DDR3 SDRAM、QDRII等。对于这些器件，如何提高它们的使用效率是值得深入研究的。本文侧重于讨论在一个memory被多通道共同使用时，如果提高memory的利用效率。
       本文以一个四通道memory应用为例：一个FPGA中有四路独立的数据处理电路，但是共用同一个QDRII作为它们的数据缓存单元，用于应付数据突发。QDRII的接口总带宽能满足同时处理四路数据输入输出的带宽要求，但是QDRII的缓存容量是有限的，是将整个缓存容量平均的分配给四路（或称为四个通道）呢，还是采用动态共享的机制达到缓存容量灵活配置呢？
     最简单也最容易想到的分配办法是将QDRII的总缓存容量平均的分配给四个通道，这样子简单，在FPGA中实现起来也比较容易。但是这种方法有一个 弊端，就是两个通道之间无法共享缓存空间，即使其中一个通道缓存有大量剩余，也不能分配给其他的通道使用，造成缓存能力的大量浪费和缓存效果不佳。
      所以，有必要实现多通道间的缓存空间共享，但控制逻辑又不能过于复杂，要便于在FPGA中以较少的资源来实现。下文中是我觉得比较理想的一种实现办法。
       将整个QDRII的缓存空间分成若干份，以一个72M缓存容量的QDRII为例，可以将它分成72份，每份的容量是1M，每份为一个最小存储单元。也可以 分的更细,最小存储单元的粒度越小，共享的效率越高，但是维护起来越复杂，存储时最小存储单元的切换也就越频繁，控制逻辑也更复杂。所以要根据实际需要选 择合适的最小存储单元容量。下文中为描述方便起见，以存储颗粒来表示一个可以分配调度的最小存储单元。
       整个缓存空间被分割成若干个独立的存储颗粒以后，首先需要有一个管理调度模块用来分配、调度、回收存储颗粒。管理模块根据各个通道的使用需求，动态的分配存储颗粒，并在通道释放该存储颗粒时将它回收，以供下一次分配使用。
     每个存储颗粒有一个编号（ID），和它在QDRII中的地址段有一个对应关系，例如，ID=0，对应的是地址20'h0~20'hff；ID=1， 对应的是地址20'h100~20'h1ff。也就是根据存储颗粒的大小，以及它的ID，可以知道它在QDRII中的位置。
      各个通道根据自己的存储需求，动态的申请