首先是2440的存储控制器:
暂时不管是从nand启动还是nor启动,因为我现在只关注内存,从上图可以看到由2440的Memory Controller可以寻址的范围是0x0000,0000---0x4000,0000,总共是1G,这1G又分为8个bank,bank0-bank7,每个bank为128M, 8*128M=1G。其中bank0-bank5这6个bank是只能接SROM,那么什么是SROM,2440数据手册的221页说明了,SROM是ROM或者SRAM。
通用存储设备:
内存存储设备的存储方式:ROM,RAM
ROM(Read-Only Memory):只读存储器,是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中,资料并且不会因为电源关闭而消失。如:PC里面的BIOS。
RAM(Random Access Memory) :随机访问存储器,存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。可以理解为,当你给定一个随机有效的访问地址,RAM会返回其存储内容(随机寻址),它访问速度与地址的无关。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间内随机访问使用的程序。计算机系统里内存地址是一个四字节对齐的地址(32位机),CPU的取指,执行,存储都是通过地址进行的,因此它可以用来做内存。
RAM按照硬件设计的不同,随机存储器又分为DRAM(Dynamic RAM)动态随机存储器和SRAM(Static RAM) 静态随机存储器。
DRAM:它的基本原件是小电容,电容可以在两个极板上短时间内保留电荷,可以通过两极之间有无电压差代表计算机里的0和1,由于电容的物理特性,要定期的为其充电,否则数据会丢失。对电容的充电过程叫做刷新,但是制作工艺较简单,体积小,便于集成化,经常做为计算机里内存制作原件。比如:PC的内存,SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等,缺点:由于要定期刷新存储介质,存取速度较慢。
SRAM:它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。因此其存取速度快,但是体积较大,功耗大,成本高,常用作存储容量不高,但存取速度快的场合,比如CPU的L1 cache,L2cache(一级,二级缓存) ,寄存器。
由于价格和存储量的限制,mini2440上作为内存的就是DRAM,从上图看得出,只有bank6,bank7才能接DRAM,那么我猜想控制bank6,7的Memory Controller对应的寄存器肯定有一个控制刷新的部分,其他几个不具备,因为不需要。再看看mini2440上的内存芯片怎么和2440接线的,它使用了2块16位宽的SDRAM:
从上图来看,芯片包括了最基本的地址线,数据线,对比2块芯片,发现它们相同的地址线是连在一起的,都是A0-A12,共13根地址线,而数据线一块是连接2440的LDATA0---LDATA15,一个是LDATA16-LDATA31,再看看2440的引脚:
可以看出,2440的数据线是DATA0-DATA31,可以接收的数据宽度是32位,而它的地址线是ADDR0--ADDR26,一共是27根,那么2^27就是128M,正好是内存控制器一个bank的大小。再联系SDRAM和2440的接线方式,发现数据线32根分别由2块芯片对接,2块芯片分别用16根,而地址线只用了13根,2^13=8K,那怎么可能做到寻址128M呢?何况SDRAM上居然是从LADDR2开始接线的。那么就得看看SRAM的手册,看看它是怎么被寻址的。
mini2440上SDRAM型号是H57V2562GTR,是一个256Mb的16位位宽的DRAM,注意这里是256Mb,是小b,所以总共是256/8=32MB。看看SDRAM内部的结构功能框图:
这款DRAM内部的存储单元首先是由4个称作BANK的单元组成(图中Memory Cell Array),然后每个BANK单元上是由一个存储矩阵组成,通过XY轴定位到最小寻址粒度的一个单元,也就是一个16bit的存储单元。然后把这个16bit的单元里面的数据放到数据输出口上。打个比方,假设一块DRAM是一个Excel文件,那么它的bank就是Excel的一个sheet,由横坐标(ABCDEF.......)和纵坐标(12345....)定位一个最基本的单元格,这个单元格就是DRAM的基本存储单元,这款DRAM是16位宽的,所以基本存储单元就是16bit。再看看左下角的Address Buffers,A0-A12,13根地址线,BA0-BA1,2根BANK选择线。图中显示一个Memory Cell Array大小是4M * 16 bit,16bit是芯片的基本寻址单元,所以要求地址线要有4M的寻址能力,2^22 = 4M,也就是说需要22根地址线才能做到,但是这里只提供了A0-A12,13根线。如何做到呢?答案是地址线复用。可以看到State Machine那个功能块有RAS、CAS这样两根线(RAS: Row Address Select,CAS:Column Address Select),它们低电平有效。RAS有效时,A0-A12上的地址就是Row Addess,地址信号A0-A12 ---> Address Buffers--->Address Register ---->Row Pre Decoder--->X decorders,同理CAS有效时,A0-A12上就是Column Address,不过此时这款SDRAM只有9个Column地址有效,地址信号A0-A8 ---> Address Buffers--->Address Register ---->Column Pre Decoder--->Y decorders。这样13+9 = 22,22根地址线就通过时分复用的方式出来了。
上图中只演示了在一个Memory Cell Array内寻址的过程,其实在这之前还有:片选(CS)--->Memory Cell Array号(BA[0:1])选中某块SDRAM的某个Memory Cell Array。
细看DRAM的介绍:
原来只有行地址用了13位,列地址只用了9位,那么通过计算一共是2^(13+9+2+1)=32MB,和芯片的规格一致,那么这样解释就合理了。2440怎么使用这2块SDRAM的呢?是用2块拼接起来,一个来存储低16位,一个存储高16位。假设地址0x30000000,寻址它怎么得到这个存储单元的内容呢?首先它是属于1G这个范围内,然后又是处于BA,Array0,行0,列0。
由此可见仅仅需要29位就可以定位一个access cell,这也就是为什么mini2440地址线只接了A2开始的13位到SDRAm上,由于2440的存储控制器每次只能以4byte对齐访问,一个int的4个byte分别存储在2个芯片上,然后4byte的数据读到存储控制器,地址还未用到的最低2位在存储控制器里面决定是用哪个byte。这就是一个byte的寻址过程。
2440SDRAM可以使用16位宽的2片拼接,或者8位的4片拼接,32位的1片。显然如果是2片时,这2片的大小必须要一样大的,否则多出来的就会只能存16bit,其他的位会丢失掉,4片也是同样的。
H57V2562GTR,SDRAM管脚说明
外接管脚名 |
内接管脚名 |
全称 |
描述 |
A2~A14 |
A0~A12 |
Address |
地址线 |
D0 ~D31 |
DQ0~DQ31 |
Data Input/Output |
数据线 |
A24,A25 |
BA0,BA1 |
Bank Address |
L-BANK片选信号 |
DQM0~DQM3 |
LDQM, UDQM |
Data Input/Output Mask |
高,低字节数据掩码信号 |
SCKE |
SCKE |
Clock Enable |
输入时钟有效信号 |
SCLK |
SCLK |
Clock |
输入时钟 |
nSCS0 |
nSCS |
General Chip Select |
片选信号(它与nGCS6是同一管脚的两个功能) |
nSRAS |
nSRAS |
Row Address Strobe |
行地址选通信号 |
nSCAS |
nSCAS |
Column Address Strobe |
列地址选通信号 |
nWE |
newnWE |
Write Enable |
写入有效信号 |
看2片SDRAM和2440的接线可以看出来,它们只有数据脚和LDQM UDQM引脚不同,这2个引脚来决定数据引脚上高8位和低8位的有效性,由于2440内存控制器只能发出4byte对齐的数据给SDRAM(data线的连接固定了),那么我如果只想存储或者读取一个byte,怎么办?由这2个引脚来控制,它来决定16位宽的高低8位的有效性,确保不想改的byte内容不变。