随着5G通讯、大数据、AI等新兴领域的迅速发展,灵活性高、通用性好的现场可编程门阵列(FPGA)在应用中展现出更大的潜力,国内FPGA产业也将迎来新的发展机遇。在基于FPGA的数据处理应用中,由于FPGA片内集成的存储资源容量有限,因此需要借助传输速率高、容量大的DDR(Double Data Rate)存储器来扩展存储空间。DDR3是广泛应用于硬件系统的第三代DDR存储器,数据传输速率进一步提升,在服务器等应用中可达2133Mbps甚至更高。为了对DDR3存储器进行高速访问,FPGA需要通过专门的存储器接口IP来完成数据同步及信号时序处理。如今高速系统对互连通信带宽的需求与日俱增,作为FPGA技术中高速互连的重要组成部分,DDR3存储器接口的性能成为关键设计指标,在满足关键路径时序要求的同时实现更高传输速率将是存储器接口设计中的难点。本文在研究DDR3存储器规范及高速接口相关原理的基础上,设计出适用于FPGA芯片的半定制DDR3物理层接口(PHY)架构,并基于定制宏单元完成了数据读路径写路径、数据写路径、命令/地址路径、时钟网络及初始化训练等功能模块的设计。接口验证中,首先对定制宏单元进行了功能仿真及后仿真,随后搭建数模混合仿真平台对整个物理层接口进行了系统级验证。论文中介绍了存储器接口的常规实现方式,并指出了高速存储器接口设计中需要解决的挑战性问题,即FPGA内核与DDR3的工作频率差距大导致的频率及数据速率匹配问题及高传输速率下时序窗口被压缩导致的数据同步困难。针对性的设计了一种比率可调的数据带宽转换结构gearbox来完成内核与存储器之间的频率及速率匹配。为了解决数据同步问题,设计专用时钟同步模块来产生传输路径中的数据同步时钟,除此之外,初始化训练模块将通过读校准和Write Leveling对路径时序进行训练及调整,保证了DDR3的信号时序规范及接口数据传输的稳定性。本论文源于某FPGA项目,设计的DDR3物理层接口将作为配套IP使用,在不考虑传输信号完整性的情况下,接口速率可达1600Mbps。定制宏单元基于28nm定制单元库设计,将作为硬核资源集成在FPGA芯片内。