大家好，這里是大話硬件。

前面文章中提到了內(nèi)存要想高效的工作，需要精心安排各種指令和解決沖突。這些工作任務(wù)的都是由內(nèi)存控制器來完成。

通用的內(nèi)存控制器主要分為2個部分，前端和后端。

前端是內(nèi)存控制器和系統(tǒng)內(nèi)部打交道的接口，主要響應(yīng)CPU和其他部分的讀寫請求。

前端的設(shè)計是獨(dú)立于內(nèi)存類型，無論后面是接DDR2還是DDR4，前端的工作方式不會發(fā)生變化。

后端是內(nèi)存控制器直接和內(nèi)存顆粒打交道的接口，它高度依賴于內(nèi)存類型，也就是說如果單板上是DDR2顆粒，后端就必須懂DDR2所有專用指令集，時序參數(shù)和操作協(xié)議。

內(nèi)存控制器詳細(xì)的功能框圖如下所示：

從上面的框圖可以看出，內(nèi)存控制器的前端和后端是由4個主要模塊組成，分別是：內(nèi)存映射（memory map）、仲裁器（arbiter）、 命令生成器（command generator）、數(shù)據(jù)路徑（data path）。

系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)送請求，內(nèi)存映射模塊開始工作，它會將程序中寫的邏輯地址轉(zhuǎn)換成DDR物理地址，具體在哪個bank，哪一行，哪一列。

地址轉(zhuǎn)換完成后，仲裁器根據(jù)優(yōu)先級來決定優(yōu)先響應(yīng)哪條請求。仲裁器決定好完成后，命令生成器將內(nèi)存映射后請求，轉(zhuǎn)換成DDR可以執(zhí)行的命令，也就是在前面提到的激活，讀寫，預(yù)充電以及刷新。最后就是DDR將需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入或讀取，通過數(shù)據(jù)總線輸入和輸出。

內(nèi)存映射

內(nèi)存映射是通過將CPU程序中的二進(jìn)制地址解析成這些地址到底對應(yīng)到DDR內(nèi)部的哪個bank，哪個行和哪個列。

下面的圖解釋了翻譯的過程，首先是將邏輯地址翻譯成物理地址，物理地址中有行列和bank的信息，再對應(yīng)到DDR中，就是一次完成的內(nèi)存映射。

仲裁器

仲裁器就像是指揮官，比如在用電腦時，同時執(zhí)行多個命令，就要同時訪問內(nèi)存，如果都一起訪問肯定會出現(xiàn)沖突，仲裁器就會把接收到的所有請求進(jìn)行排隊(duì)和調(diào)度。

仲裁器是一個權(quán)衡的過程，高效的內(nèi)存仲裁器需要同時具備高效率，可預(yù)測性，決策速度快，公平性，靈活性等。但是這些特質(zhì)不能同時被滿足。如果完全公平，肯定不能做到高效率。

命令生成器

系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)出的指令是比較抽象的請求，命令生成器要將請求翻譯成內(nèi)存可以執(zhí)行的指令序列。比如來自系統(tǒng)的請求指令是左邊0x12c7f00032，但是DDR并不懂這個指令，命令生成器就需要將這個指令翻譯DDR內(nèi)部可以執(zhí)行的動作，如右邊所示。

翻譯后的指令需要和對應(yīng)顆粒手冊中規(guī)定的時序參數(shù)保持一致。更換DDR顆粒后，同樣是左邊的代碼，右邊的指令會因?yàn)镈DR指令集的差異而不同。

數(shù)據(jù)路徑

DDR執(zhí)行完一次操作后，需要將數(shù)據(jù)返回給系統(tǒng)內(nèi)部，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸。高效的內(nèi)存控制器，能夠讓數(shù)據(jù)總線一直處于繁忙的狀態(tài)從而來提高效率。