DDR5 Write leveling
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- [0 开始之前](#0 开始之前)
- [1 背景](#1 背景)
- [2 步骤](#2 步骤)
- [3 时序](#3 时序)
- [4 总结](#4 总结)
本系列博客中介绍，记录一些DDR5 中涉及的特性和调试经验，大家有需要可以收藏，有问题欢迎交流讨论，不足之处欢迎指出。
0 开始之前
博主之前调试过LPDDR4 内存控制器的上电Calibration。对于LPDDR4来说，Write leveling的实现方式，简单又粗暴：调整DQS（从memory controller到DRAM方向）与DRAM CK的相位关系，并且以DRAM CK为参考，调整DQS直到与DRAM CK对齐（上升沿对上升沿）。
然而对于DDR5来说，有一些不同之处，需要先进行外部write leveling,对齐管脚，再进行内部write leveling以"降低功耗与延时"（JESD79-5的官方套话）。
对于内部write leveling 的具体作用，
Deepseek表示："DDR5的数据速率能达到6400Mbps甚至更高，在这种极端速度下，不仅仅是PCB板级的信号延迟问题（这是External Write Leveling解决的），连芯片内部路径的微小差异都会成为瓶颈。之前几代速度没那么高，内部路径的时序差异可以靠设计余量消化掉，但DDR5不行了，必须主动进行内部校准。"
整体来看复杂了不少，因此写下这篇博文进行记录。
1 背景
本文中并不过多赘述，write leveling 的目的。
DDR5中，在write leveling方面有更新。支持两种模式，外部write leveling,内部write leveling，并且是先进行外部write leveling, 在此基础上进行内部write leveling。
如何理解这两种模式？
外部Write leveling: 使用DRAM内部产生的write leveling 脉冲作为"参考"，这个脉冲信号与CK的上升沿对齐。DDR5中，DQS不再是需要单纯地，调节管脚上的DQS与CK之间的相位。而是进一步的，加入了write latency。
内部Write leveling: 在外部Write leveling的基础上，继续调节DQS,并且还要调节 DRAM内部产生的write leveling 脉冲的相位。
2 步骤
2.1 外部Write leveling
开局来张图：
步骤1，t0之前：将DQS_t拉低，DQS_c拉高
步骤2，t0,t1: 发送MRW配置Mode register MR02 第1bit,进入write leveling 模式
步骤3，t1-ta：等待至少tWLPEN（15ns）
步骤4，ta+1，ta+2：发送 写 命令
步骤5，tb+3时，内部脉冲会拉高，memory controller 发出的DQS脉冲如果在tb, tb+1处，那么采到的内部脉冲将会是0，经过tWLO之后，从DQ中返回采样值。（可参考时序部分图1）
步骤6 ，给DQS_t, DQS_c加延时
重复步骤1-6，直到DQ采样值从0变为1(大概是DQS_t,DQS_c右边的上升沿与tb+3对齐的样子)，表示此时的DQS已经能够采样到内部write leveling 脉冲的高电平。（可参考时序部分图2）
2.2 内部Write leveling
在外部Write leveling 已经完成的情况下，此时DQS理当能够采集到write leveling 脉冲高电平。
步骤7 ，把DQS_t, DQS_c 往左移，移动的步长为WL_ADJ_start*，他的值需要依据write preamble来决定，JESD79-5上面有相应关系的表格。举例来说，如果Write preamble=2, WL_ADJ_start=-0.75tCK。
此时的DQ采样值应当是'0'，（可参考时序部分图3）
步骤8，通过写mode register MR03设置，把内部脉冲向左移动，单位是tCK。目的是使DQ采样值从'0' 变为'1'。
步骤9，继续把DQS_t, DQS_c 往左移，知道采样值又变为'0'。目的是跟内部脉冲对齐，因为内部脉冲它每次delay的单位是tCK，步长太大。
步骤10 ，最终步。将DQS_t, DQS_c向右移动，移动的步长为WL_ADJ_end*，这个值也是根据write preamble来决定的。举例来说，如果Write preamble=2, WL_ADJ_end=+1.25tCK.。
最终相位关系见该图
*参数释义
WL_ADJ_start：开始内部write leveling的时候，首先需要移动DQS_t,DQS_c的相位， 方向：左移。
WL_ADJ_end: 完成内部write leveling的时候，需要移动DQS_t,DQS_c的相位，方向：右移。
WICA：指的是这个内部产生的write leveling 脉冲的delay，方向：左移。
3 时序
外部training开始时，可以看到DQ15:0全部输出低电平：
图 1 '步骤5'对应波形
外部training完成时，可以看到DQ15:0已经全部输出高电平了：
图 2 '步骤6'对应波形
图3 '步骤7'对应波形
4 总结
在LPDDR4 中，完成write leveling 之后，只能保证DQS与CK的相位关系，write latency错了也没关系。真正调节write latency，是在 write training中进行调节的。
但是从DDR5外部Write leveling的步骤来看，似乎DDR5的机制更加科学合理，完成write leveling之后，既保证了DQS和CK的相位关系，又保证了匹配的write latency，因此，到了后面的write training中，只需要调节DQ的延迟即可，不必再考虑write latency。
然而，做完外部和内部Write leveling，从memory controller的开发角度来看，难度可谓是增加了亿点点。