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在 FPGA 中測試 DDR 帶寬時，帶寬無法跑滿是常見問題。下面我將從架構、時序、訪問模式、工具限制等多個維度，系統(tǒng)梳理導致 DDR 帶寬跑不滿的常見原因及分析方法。

一、帶寬的定義與理論值

如果你用的是 DDR3/DDR4，理論帶寬為：

帶寬（GB/s）=數據總線位寬×2×時鐘頻率÷8 ext{帶寬（GB/s）} = ext{數據總線位寬} × 2 × ext{時鐘頻率} ÷ 8帶寬（GB/s）=數據總線位寬×2×時鐘頻率÷8

舉例：

DDR3-1600，64-bit 總線 → 理論帶寬 = 1600 × 2 × 64 ÷ 8 =25.6 GB/s

DDR3-1333，32-bit 總線 → 理論帶寬 =10.6 GB/s

實際測試中，能達到 50~80% 理論值已屬優(yōu)秀。

二、帶寬跑不滿的常見原因（分類匯總）

類別	原因說明
1. 訪問模式不合理	非突發(fā)寫、突發(fā)長度太短、寫后馬上讀（不交叉）
2. 總線未飽和	AXI 或 native 接口突發(fā)間隙太大，發(fā)送不連續(xù)，數據送不上
3. 時序開銷大	行切換（row-to-row）、Bank沖突、Read/Write turnaround、precharge 等
4. IP 配置限制	AXI master max burst length 太小、未開啟 write combine/cache
5. 數據源限制	FIFO 數據跟不上、上游模塊速度不足
6. 讀寫交叉干擾	連續(xù)交叉讀寫會導致 DDR 時序插空，例如：R→W→R→W → 加大 tWTR 延遲
7. 工具測試不嚴謹	讀寫混測平均時間，未分別統(tǒng)計；或計數錯誤
8. DDR初始化未優(yōu)	時序參數（如 tFAW、tCCD、tRRD）保守，MIG未調優(yōu)
9. 使用 AXI-Lite	AXI-Lite 是低速接口，完全無法測試帶寬，必須用 AXI full 或 native 接口
10. 緩存失效	AXI-ACP 無法觸發(fā)緩沖策略 / cache miss，導致 CPU 或 DMA 拉取不穩(wěn)定

三、關鍵優(yōu)化建議（非常實用）

1. 使用 AXI Burst + 跨行訪問（burst_len = 16/32/64）

AXI AWBURST=INCRAWLEN=15(burst16)

→ 連續(xù) burst 會讓 DDR 提前激活多個 row/bank，避免 precharge 延遲。

2. 最大化 pipeline 吞吐

AXI master write channel 不應 idle，保持發(fā)滿

使用雙 buffer（寫時填，讀時讀） → 乒乓加速

burst 必須排隊連續(xù)送出 → 盡量不 idle

3. 寫 / 讀分開測

讀寫交叉模式效率更差（DDR 要 insert tWTR 保護）

建議單向測試寫或讀帶寬，分開跑性能高

4. 啟用 MIG 的高性能端口（HP）

對于 Zynq 平臺，推薦走 AXI_HP 通道，性能好于 GP 端口。
對于 UltraScale+ 建議用 AXI HPM_FPD 通道 + S_AXI_ACP 緩存一致性接口。

5. 使用 AXI Traffic Generator 來找上限

Vivado 自帶 IP：AXI Traffic Generator 可以精確控制：

burst size、間隔、突發(fā)類型

測試 max AXI 接口帶寬能力

可配合 ILA 抓波形

6. 分析真實帶寬公式

你可通過如下公式計算真實帶寬：

帶寬（MB/s）=總字節(jié)數總時間（秒） ext{帶寬（MB/s）} = frac{ ext{總字節(jié)數}}{ ext{總時間（秒）}}帶寬（MB/s）=總時間（秒）總字節(jié)數

例如：

你測試寫入 128MB，用了 0.8 秒

帶寬 = 128 ÷ 0.8 = 160 MB/s（遠低于 DDR3 理論值 → 明顯有瓶頸）

四、是否跑滿的判斷標準

狀態(tài)	現象
跑滿	寫接口始終 valid & ready，高速寫入
未跑滿	數據斷斷續(xù)續(xù)、AXI bvalid/bready 有空檔
被 precharge 限制	MIG ILA 中看到 precharge/busy 插空
AXI 總線 idle	awvalid/wvalid 不連續(xù)

抓 AXI 信號（via ILA）可以判斷你是否真正“壓滿帶寬”。

五、總結建議