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技术洞见 | DFI协议功能-LPDDR4多通道模式

技术洞见 | DFI协议功能-LPDDR4多通道模式 牛芯半导体
2025-02-27
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导读：本文转载自极术社区，转载文章仅供学习和研究使用。

本文转载自极术社区，转载文章仅供学习和研究使用。

本期介绍DFI协议关于多种LPDDR4多通道模式的介绍。
本节基于DFI协议4.19节的内容（协议4.0版本）。


多通道LPDDR4


我们知道LPDDR4相比DDR4一项重要的改动是在单个颗粒上支持独立的双通道（Channel），单个通道位宽16比特。这样一来，系统可以在DDR数据位宽不变的情况下，支持更多的通道，从而提高DDR访问效率。
以拥有两个独立通道LPDDR4系统为例，通常系统需要两个控制器（MC）与两个PHY（或者控制器/PHY拥有两个DFI/LPDDR接口）分别与DRAM的两个通道相连。但是在有些资源有限，或者对DRAM访问带宽要求不高的项目中，希望只使用一组MC与PHY控制两个DRAM通道来节省资源，当然，这时候双通道处于非独立工作模式，DRAM访问效率会下降。
针对不同需求下LPDDR4多通道连接方式，DFI协议本节制定了一些多通道工作模式。


多通道LPDDR4工作模式


多通道LPDDR4可以工作在两类模式下，分别为：

  • 独立模式 //Independent mode

  • 混合模式 //Combined mode

独立模式
在独立模式中，MC分别有一个独立的DFI接口，其CA（控制与地址）与DQ （数据）信号通过PHY与单个DRAM channel连接。MC可以如下图所示，是一个拥有两个独立DFI接口的MC，或者干脆就是两个MC。PHY也是同理，可以是一个有两个DFI与LPDDR接口的PHY，也可以是两个PHY。
此时，两个DRAM通道的CA与DQ信号都是独立的，DRAM自然处于效率最高的状态。
值得注意的是，双通道LPDDR4颗粒要求两个通道同时初始化，因此两者需要其reset信号同时assert/de-assert，以保证在初始化时两个通道的复位同时释放。所以，在独立模式中，唯一可能不独立的是dfi_reset_n信号，MC可以给双通道连接相同的reset信号，保证双通道的reset信号同时assert/de-assert。
混合模式
混合模式下，LPDDR4双通道共享一组CA信号，DQ信号与MC两个数据通道分别独立连接。比如由2个16bit通道组成的32bit系统，DFI读写数据通道就均匀分成高低比特两部分，接给单个通道。
混合模式下，PHY可以连接单个通道或者两个通道，通过phy_channel_en DFI参数通知MC实际的通道连接情况。
在如上图所示的情况下，MC-PHY之间的DFI接口可以直接以lock-step模式工作，即MC向双通道发送完全相同的CA信号（部分信号除外），不过PHY返回给MC的状态/响应信号可能不同，MC对于这类情况的处理，按照不同 Interface分类，可以归纳为如下的行为：
Update Interface
两个通道可以驱动单独的DFI update interface信号给MC，以DFI MC发起的MC Update为例，MC同时向两个通道发送Update请求，MC等待两个通道都响应后才认为Update流程完成。即使通道A先响应，也需要等待到通道B也响应为止。
另一方面PHY发起的PHY Update，MC在接收到通道A上的PHY Update 后，会全部停止两个通道上的流程，响应通道A的PHY Update，此次PHY Update握手完成后，再恢复双通道上的流量。
Status Interface
Status interface包括用于初始化和频率切换的信号。初始化时，MC向两个通道发送dfi_init_start信号后，只有两个通道都置起dfi_init_complete信号之后，MC才认为初始化完成。在DFI频率切换时，只有两个通道都和MC完成了握手，MC才能认为此次频率切换完成，以新的频率发送后续命令。如果只有一个通道响应了MC的频率变化请求，那么MC会放弃此次频率变化请求。
Low Power Interface
和前述的两个接口类似，MC也可以分别接收两个通道上的Low power响应。如果只有一个通道响应了MC新的low power请求，那是没有用的，两个通道还得处于相同的low power状态，使用某个之前他们一起响应过的wake time值。


同时支持独立/混合模式


如果MC和PHY同时支持两种模式，为了配置的灵活性，可以在硬件上增加MUX同时支持两种模式。根据使用场景，通过软件在两种模式之间进行切换。
如下图所示，系统可以使用两个MC和两个通道独立连接，工作于独立模式，用于性能需求比较高的场景。也可以只使用MC0，以lock-step方式，在混合模式下共同驱动两个通道。
MUX可以加在DFI总线上的任何位置，但是推荐将MUX放在MC一侧。


结语


本期我们讨论了：
  • 多通道LPDDR4
  • DFI多通道LPDDR4工作模式

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牛芯半导体（深圳）有限公司（简称“牛芯半导体”）成立于2020年，聚焦接口IP的开发和授权，并提供相关整体解决方案，致力成为全球领先的IP供应商。


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牛芯半导体，专注于高速互联技术的研发和持续创新，拥有完全自主可控的知识产权，提供全栈式接口IP授权和高速互联芯片的定制方案，赋能芯片国产化；已服务客户超百家，涵盖智能驾驶、人工智能、特种计算等领域，致力成为全球领先的高速互联半导体公司。
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