uMCTL2-Data Bus Inversion(DBI)

uMCTL2手册2.24，数据总线反转功能

1. DBI 功能介绍

• 在 DDR4 中，逻辑 0 比逻辑 1 消耗更多的功耗，而在 LPDDR4 中，逻辑 1 比逻辑 0 消耗更多的功耗。
• DBI 通过对每个数据字节进行反转来减少功耗。如果某个字节中 0 的数量（对于 DDR4）或 1 的数量（对于 LPDDR4）超过 4，那么该字节的数据将被反转。
• 使用一个 DBI 信号（每个数据字节 1 位）来指示是否进行了数据反转。

2. 写操作和读操作中的DBI

• 对于写操作，DBI 信号与 DFI 接口的 dfi_wrdata_mask 信号共享。
• 对于读操作，有一个专用的信号 dfi_rddata_dbi 来指示数据是否需要反转。

支持的设备类型

• DBI 功能只支持 x8 和 x16 的设备，不支持 x4 设备。

3. DDR4 与 LPDDR4 的差异

• 在 DDR4 中，写操作的 DBI 和数据掩码（Data Mask）不能同时启用。而在 LPDDR4 中，写操作的 DBI 和数据掩码是可以同时启用的。
• 在 DBI 模式下，DDR4 不允许带掩码的写操作，但 LPDDR4 允许带掩码的写操作。在这种情况下，uMCTL2（内存控制器）通过将 dfi_wrdata 字节设置为 0xFF，并将 dfi_wrdata_mask 设置为 0 来指示掩码字节。

4. DBI控制的实现

• DBI 的实现可以在控制器（uMCTL2）或 PHY（物理层）中进行。在 uMCTL2 中，DBI 的控制由 DFIMISC.phy_dbi_mode位控制。
  • 如果 phy_dbi_mode 设置为 1，则 DBI 的生成和数据反转在 PHY 中完成，DFI 接口上的读写数据与 DBI 禁用时一样，dfi_rddata_dbi 信号将被忽略。
  • 如果 phy_dbi_mode 设置为 0，则 DBI 生成和数据反转在 uMCTL2 中完成。在写操作时，DBI 值会被放在 dfi_wrdata_mask 信号上；在读操作时，dfi_rddata_dbi 信号决定是否需要反转读数据的极性。

5. DBI 控制寄存器

• DBICTL 寄存器包含三个字段：
  • rd_dbi_en：启用读 DBI。
  • wr_dbi_en：启用写 DBI。
  • dm_en：启用数据掩码。
• 软件必须确保这些值与写入模式寄存器的值一致。

6. 启用读 DBI时，延迟增加

• 如果启用读 DBI（rd_dbi_en），JEDEC规范要求 DDR4 的 CAS 延迟（CL）或 LPDDR4 的读取延迟（RL）必须增加。因此，在启用 DBI 时，必须根据增加的延迟调整相关的寄存器。

需要调整的寄存器

启用读 DBI时，以下寄存器需要根据 CL（或 RL）调整：

• DFITMG0.dfi_t_rddata_en
• DRAMTMG2.read_latency
• DRAMTMG2.rd2wr
• DFITMG2.dfi_tphy_rdcslat
• INIT4.emr2（仅限 LPDDR4）
• INIT6.mr5（仅限 DDR4）

添加延迟（Additive Latency，AL）与 DDR4

• 如果选择了非零的添加延迟（AL）用于 DDR4，则也与 CL 相关。因此，以下寄存器也可能需要更新。在这种情况下，需要先进入自刷新模式，然后更新这些寄存器，因为 DFITMG0.dfi_tphy_wrlat 是一个“组 2”的准动态寄存器。
• 需要更新的寄存器包括：
  • DFITMG0.dfi_tphy_wrlat
  • DRAMTMG0.wr2pre
  • DRAMTMG1.rd2pre
  • DRAMTMG2.write_latency
  • DRAMTMG4.t_rcd

启用或禁用 DBI 的步骤

启用或禁用 DBI 时，必须按照以下顺序操作：

1. 进入准动态寄存器写入模式：如果 DDR4 选择了非零的 AL，则需要进入自刷新模式。在没有非零 AL 的情况下，参照手册中的 “Group 1” 模式，禁用读写流量。
2. 设置 DBICTL.rd_dbi_en 和 DBICTL.wr_dbi_en：根据需要启用或禁用读写DBI。
3. 设置 DRAM 模式寄存器：使其与先前的设置匹配。
4. 调整 DDR4 的 CL（在 MR0 中）：LPDDR4 不需要更改 CL。
5. 根据 CL（或 RL）和 AL 调整寄存器：根据需要调整上述相关寄存器。
6. 退出准动态模式：退出自刷新模式或重新启用读写流量。

7. 准动态寄存器

• 准动态寄存器是指那些在某些模式下（如自刷新、深度睡眠模式等）仍然可以写入的寄存器。在进入或退出这些模式时，需要特别注意寄存器的写入顺序。

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2024/11/27/DDR/uMCTL2-Data Bus Inversion(DBI)/
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