uMCTL2-DFI Updates

2024-12-14

uMCTL2手册2.7，DFI更新接口

2.7.1 DFI更新概述

DFI（内存控制器接口）更新接口用于传输内部设置的更新，这些更新是为了补偿环境条件的变化，主要是处理PVT（工艺/电压/温度）变化对延迟线等设置的影响。这个接口涉及信号和时序参数，确保在更新过程中不会干扰到DRAM接口的信号传输。为了避免更新时对信号产生干扰，DFI支持更新模式，在这些模式下，DFI总线必须处于空闲状态，即不进行任何数据传输。

2.7.2 DFI控制器发起的更新请求

DFI控制器发起的更新请求（dfi_ctrlupd_req）是由uMCTL2（内存控制器）在DFI接口上发出的信号，目的是让PHY（物理层）更新延迟线的值。延迟线用于调整信号的时序，确保数据在正确的时间被读取或写入。

dfi_ctrlupd_req：这是一个请求信号，发出后会触发PHY更新延迟线。为了应对环境变化（如温度变化、电压波动等），控制器需要定期发出这个信号，确保延迟线能够适应这些变化。
phy_dfi_ctrlupd_ack：这是一个确认信号，表示PHY完成了延迟线更新的操作。只有在收到这个确认信号后，控制器才知道延迟线更新已经完成。

延迟线更新必须小心处理，不能在读或写操作期间进行，因为这样可能会破坏数据眼（数据有效区域的稳定性）。因此，在进行延迟线更新时，必须确保读写操作不会受到影响。

如果PHY正在进行更新（即dfi_phyupd_ack = 1），uMCTL2会延迟发出dfi_ctrlupd_req请求，以避免冲突。

两种DFI更新方法

自动MC发起的更新请求（Automatic MC-Initiated Update Request）：这意味着内存控制器自动定期发起更新请求，而不需要外部干预。
MC发起的更新请求的直接软件请求（Direct Software Request of MC-initiated Update Request）：在这种方法下，软件（如操作系统或固件）直接发起更新请求，控制更新过程。

2.7.2.1 自动MC发起的更新请求

DFIUPD0.dis_auto_ctrlupd = 0：如果这个配置项被设置为0，那么就启用自动MC发起的更新请求。这意味着内存控制器（uMCTL2）会在特定时机自动发起更新请求，而不需要外部软件的干预。
uMCTL2控制dfi_ctrlupd_req信号：uMCTL2必须小心地控制dfi_ctrlupd_req信号的触发。这个信号的作用是请求PHY（物理层）进行延迟线更新。uMCTL2会在空闲状态时发出dfi_ctrlupd_req信号。空闲状态被定义为：
- 没有读取或写入操作正在进行（即在CAMs中没有读取或写入周期）；
- 没有读取响应在RT（响应追踪器）块中缓存；
- 没有写入数据在MR（内存读取）块中等待。
强制DFI更新请求：如果uMCTL2长时间没有进入空闲状态（即没有空闲的时刻发出更新请求），则它会使用超时机制。当发生DFI MC发起更新超时时，uMCTL2会暂停读写操作，直到MR和RT块都进入空闲状态，此时才会发出dfi_ctrlupd_req信号。

特定配置下的行为

对于单排配置（即只有一个内存rank）且只有读写流量的情况，特别是：
- DFIUPD1.dfi_t_ctrlupd_interval_max_x1024 = 255
- DFIUPD0.dis_auto_ctrlupd_srx = 1
- 禁用每bank的刷新操作（RFSHCTL0.per_bank_refresh = 0）
这种配置下，uMCTL2只有在刷新命令之后才会发送dfi_ctrlupd_req信号。
触发频率设置：DFIUPD1.dfi_t_ctrlupd_interval_min_x1024字段设置了dfi_ctrlupd_req信号的触发频率。如果这个值设置得较小，那么dfi_ctrlupd_req会在每次刷新命令后触发；如果设置得较大，则dfi_ctrlupd_req会在每n次刷新命令后触发。
自刷新退出命令：如果DFIUPD0.dis_auto_ctrlupd_srx = 0，则dfi_ctrlupd_req信号会在每次自刷新退出命令之前或之后触发，具体取决于DFIUPD0.ctrlupd_pre_srx的设置。

注意事项

如果启用了每bank的刷新功能，或者DFIUPD1.dfi_t_ctrlupd_interval_min_x1024设置得较高，并且使用了刷新突发（refresh bursts），那么dfi_ctrlupd_req信号可能会在刷新命令以外的命令后被触发。

2.7.2.2 直接软件请求MC发起的更新请求

DFIUPD0.dis_auto_ctrlupd = 1：当这个配置项被设置为1时，意味着禁用了自动控制更新请求，转而由SoC来决定何时发起更新请求。这样做的目的是在某些特殊场景下，比如内存带宽利用率至关重要的情况下，避免更新请求打断正常的读写事务。
SoC控制更新请求：在这种模式下，SoC可以决定何时执行DFI MC发起的更新请求。这对于那些对内存带宽要求非常严格的应用尤为重要，特别是当uMCTL2希望保持连续的内存操作，而不希望任何中断时。

执行更新请求的方式

设置DBGCMD.ctrlupd = 1：为了发起更新请求，SoC需要通过设置DBGCMD.ctrlupd寄存器位为1，告知uMCTL2发起DFI更新请求。这个请求会被存储在uMCTL2中，一旦请求被接受，DBGCMD.ctrlupd寄存器位会被自动清除。
条件：DBGSTAT.ctrlupd_busy：SoC只有在DBGSTAT.ctrlupd_busy信号为低电平（low）时，才可以执行更新请求。这个信号表示uMCTL2是否正在忙于处理更新请求。当uMCTL2接受到请求后，ctrlupd_busy会变为高电平（high），表示uMCTL2正在处理这个请求。处理完成后，信号会恢复为低电平，表示可以接受新的更新请求。

DFI更新与刷新操作的协调

同时发起DFI更新和刷新：uMCTL2可以在刷新命令和DFI更新请求同时进行时发起dfi_ctrlupd_req信号。对于刷新操作和DFI更新请求，uMCTL2会确保这两者按正确的顺序发生，不会发生功能上的冲突。
时机的选择：SoC需要在控制器能够容忍读写调度中断的时刻发起DFI更新请求。虽然SoC有控制的权限，但更新请求仍然会受到uMCTL2的调度约束，以确保不影响系统的正常操作。SoC的逻辑需要确保更新请求被合理频繁地调度，并且在合适的时机发起。

2.7.3 DFI PHY-initiated Update Request

DFI PHY-initiated Update Request 是由PHY（物理层）发起的更新请求，目的是为了让PHY更新一些参数，比如延迟线的调整等。uMCTL2（内存控制器）需要响应这些请求并进行相应的处理。

1. DFI PHY-initiated Update Request的应答

DFI规定了4种不同的PHY发起更新请求模式，每种模式的不同之处在于更新发生时，DFI接口需要被暂停的周期数。这意味着在处理PHY发起的更新请求时，DFI的命令、读数据和写数据通道会被暂停一段时间。
启用PHY发起的更新：通过设置DFIUPD2.dfi_phyupd_en寄存器位来启用或禁用此功能。如果该功能被启用（由软件控制），当PHY发起更新请求时，uMCTL2会尽快将DFI命令、读数据和写数据通道挂起，并在处理过程中驱动dfi_phyupd_ack信号为高电平，表示uMCTL2已接收到PHY的更新请求并正在处理。
- 在1:2频率比模式下，最多暂停64个时钟周期。
- 在1:1频率比模式下，最多暂停128个时钟周期。

2. 冲突避免机制

dfi_ctrlupd_req和dfi_phyupd_req冲突：有一种情况是dfi_ctrlupd_req（由uMCTL2发起的更新请求）和dfi_phyupd_req（由PHY发起的更新请求）同时被驱动，这可能会导致uMCTL2和PHY同时响应对方的请求，从而违反DFI协议。
为了避免这种情况，当dfi_ctrlupd_req和dfi_phyupd_req同时被驱动时，uMCTL2不会对dfi_phyupd_req发出应答（即不驱动dfi_phyupd_ack为高电平），直到dfi_ctrlupd_req被撤销或完成。这是为了确保uMCTL2不会与PHY同时做出响应，从而防止协议冲突。

3. 刷新与PHY更新的协调

如果系统正在使用突发刷新（burst refresh），而同时发生了PHY发起的更新请求，可能会导致tRFCmax（刷新间隔最大时间）违反。这种情况发生在PHY更新请求被发出时，恰好在刷新突发周期之前。为了避免这种情况，uMCTL2会延迟刷新突发的执行，直到PHY更新完成。
解决方法：可以通过降低RFSHCTL0.refresh_burst的值来避免这种冲突，这样可以减少刷新突发和PHY更新之间的时间冲突。

4. 时钟移除与PHY更新的时序

时钟移除（clock removal）功能：当core_ddrc_core_clk（控制器时钟）从uMCTL2中移除时，DFI接口的时序要求（特别是tphyupd_resp）可能无法满足。这是因为dfi_phyupd_req = 1信号只有在时钟重新启用后才能被观察到。
- tphyupd_resp要求：这意味着在时钟被移除时，dfi_phyupd_req从1到0的过渡及再转回1的过程中，控制器可能无法保证对这些信号的响应。因此，在时钟移除期间，这些PHY发起的更新请求可能无法正确响应。

5. PHY不支持PHY-initiated Updates时的处理

如果PHY不支持PHY发起的更新请求，推荐将以下输入设置为0，以禁用该功能：
- DFIUPD2.dfi_phyupd_en = 0，即禁用PHY发起的更新请求。
- phy_ddrc_dfi_phyupd_req = 0，即PHY发起的更新请求信号应为低电平。
- phy_ddrc_dfi_phyupd_type = 00，指定PHY发起的更新类型为“无更新”。

6. tPHYUPD_RESP

控制器支持tPHYUPD_RESP值的不同设置，具体来说，这个值是以DFI时钟（控制器时钟）为单位的，表明更新请求的响应时间。

2.7.4 相关寄存器

1. DFIUPD2.dfi_phyupd_en

功能：这个寄存器位 (dfi_phyupd_en) 控制是否启用 DFI PHY-initiated Update Request（由PHY发起的DFI更新请求）。
工作原理：如果这个寄存器被设置为1，则允许PHY发起更新请求，并且uMCTL2需要响应这些请求。当PHY发起更新时，DFI接口的命令、读数据和写数据通道将会被暂停，直到更新完成。这是为了确保PHY更新操作能顺利进行，不会和数据传输产生冲突。
用途：在某些情况下，可能希望禁用PHY发起的更新请求（例如，如果控制器和PHY之间有时序或带宽冲突）。在这种情况下，可以将这个寄存器位设置为0，以禁用PHY发起的更新请求。

2. DFITMG0.dfi_ctrl_delay

功能：这个寄存器位 (dfi_ctrl_delay) 用来设置DFI接口的延迟控制。具体来说，它用于配置 控制器 到 PHY 之间信号的延迟，以确保正确的时序。
工作原理：DFI接口需要在适当的时间点进行更新，以确保数据传输的稳定性和准确性。通过设置 dfi_ctrl_delay，可以调整控制器发送信号到PHY的时间延迟，从而优化信号传输的时序，避免出现时序错误或冲突。
用途：此寄存器常常用于调整和优化时序，特别是在控制器和PHY之间的信号传递存在时延的情况下。它有助于确保控制信号和数据传输在适当的时刻同步，从而保证系统的稳定性和性能。

3. 参考资料

手册中提到，关于这些寄存器的更多详细信息可以在 “Register Descriptions” 部分找到，具体位置是在第717页。在这部分内容中，会对这些寄存器的位字段、默认值、设置范围以及它们的影响等进行更详细的说明。

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2024/12/14/DDR/uMCTL2-DFI Updates/
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