12.1 SDRAM 介绍
12.1.1 SDRAM 定义
SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory):同步动态随机存储器-内存条
同步是指内存工作需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;
动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失; 对比:SRAM(静态的-触发器)
随机是指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写 对比:Flash(块)
DDR:DDR就是DDR SDRAM,是SDRAM的升级版。(DDR:double data rate,双倍速度的SDRAM)
SDRAM经历了几代:SDR DDR1 DDR2 DDR3 DDR4 - 速度越来越快(命名方式采取的读写速率)
12.1.2 SDRAM 工作原理
先片选中SDRAM,再选择Bank,最后在数据读写时和表格的检索原理一样,先指定一个行(Row),再指定一个列 (Column),就可以准确地找到所需要的单元格,这就是内存芯片寻址的基本原理,参考SDRAM结构图(HY57V561620(L)T)
4Mbit*4banks*16----> 32Mbyte ----> 2^5 * 2^20 需要25根地址线(地址线复用)
CPU发出片选信号nSCS0(与nGCS6是同一引脚)有效,选中SDRAM芯片
SDRAM有4个L-BANK,需要两个地址信号来选中其中一个,即BA0、BA1。
对被选中的芯片进行同一的行/列(存储单元)寻址、
找到存储单元后,被选中的芯片就要进行统一的数据传输。
12.2 存储地址空间
12.2.1 地址空间布局(Memory MAP)
S3C2440作为32位的CPU,可以使用的地址范围理论上达到4GB。除去用于连接外设的1GB地址空间外,还有一部分是CPU内部寄存器的地址,剩下的地址空间没有使用。
BANK0-BANK7 0x00000000-0x40000000
S3C2440的内部外设寄存器地址范围都处于0x48000000-0x5FFFFFFF (GPIO-0x56000000)
SDRAM启始地址为:0x30000000
BANK是用于扩展总线连接外部外设,它的地址和内部外设的地址在一个线性地址空间上。
12.2.2 存储地址与外设的关系
12.2.2.1 存储控制器特性
支持小字节序、大字节序(通过软件选择);
每个BANK的地址空间为128MB,总共1GB(8BANKs);
可编程控制的总线宽度(8/16/32-bit),不过BANK0只能选择两种宽度(16/32-bit);
总共8个BANK,BANK0~BANK5可以支持外接ROM、SRAM等,BANK6~BANK7除可以支持ROM、SRAM外,还支持SDRAM等;
BANK0~BANK6共7个BANK的起始地址是固定的;
BANK7的起始地址可编程选择;
BANK6、BANK7的地址空间大小是可编程控制的;
每个BANK的访问周期均可编程控制;
可以通过外部的“wait”信号延长总线的访问周期;
在外接SDRAM时,支持自刷新(self-refresh)和省电模式(power down mode)
12.2.2.2 S3C2440 与存储器相关的引脚
S3C2440对外引出的27根地址线ADDR0~ADDR26的访问范围只有128MB(2^27)
CPU对外还引出了8根片选信号nGCS0~nGCS7,对应于BANK0~BANK7,当访问BANKx的地址空间时,nGCSx引脚输出低电平用来选中外接的设备。这样,每个nGCSx对应128MB地址空间,8个nGCSx信号总共就对应了1GB的地址空间。
数据线有上32根,DATA0-DATA31。控制信号nOE,nWE,nWait,nGCS0-nGCS5 (数据手册-P49)
开发板中NORFlash DM9000 SDRAM接在了BANK上(总线方式扩展外设)
12.2.3 硬件接线图分析
12.2.3.1 NOR Flash
JZ2440 选用的是 MX29LV160D T/B 的型号,它为 2M x 8bit 或 1M x 16bit 的大小,即为 2M/1M 空间大小。8/16 是位宽。
A0-A19:地址线 2^20 = 1M
D0-D15:数据线 16bit
BYTE:选择16/8bit模式,直接接高电平(选择了16bit模式)
因为S3C2440 的BANK0 只支持(16bit/32bit )的位宽,而 NOR Flash 是接在 BANK0上的,所以只能拉高选择16 bit 模式
CE -- NGCS0 (BANK0)
OE WE RESET
VCC VSS
CPU_ADDR1 --- NOR_ADDR0 (忽略了最低位)
12.2.3.2 SDRAM
BANK0~BANK5的连接方式都是相似的,BANK6连接SDRAM时复杂一点,CPU提供了一组用于SDRAM的信号CS --- BANK6,它的首地址为0x30000000
SDRAM时钟有效信号SCKE;SDRAM时钟信号SCLK0/SCLK1
数据掩码信号DQM0/DQM1/DQM2/DQM3(每个DQM控制8bit,防止写字节数据覆盖前面位-32bit操作的)
SDRAM片选信号nSCS0(它与nGCS6是同一引脚的两个功能)
SDRAM行地址选通脉冲信号nSRAS
SDRAM列地址选通脉冲信号nSCAS
写允许信号nWE(它不是专用于SDRAM的),在 JZ2440 中使用的是EM63A165TS ,两个 32M 的SDRAM
HY57V561620(L)T容量:4Banks x 4M x 16Bit = 32Mbyte,早
CPU需要64Mbyte(26根地址线)0x03(0x00)
CPU_ADDR2---- SDRAM_ADDR0
SDRAM行地址线13根,列地址线9根(Row Address : RA0 ~ RA12, Column Address : CA0 ~ CA8),它们是复用的
S3C2440发送一个地址为0x30001000:
当nSRAS有效时,ADDR2-ADDR14发出的是行地址信号,对应bit[23-11]
当nSCAS有效果时,ADDR2-ADDR10发出的是列地址信号,对应bit[10-2]
硬件接线图参考数据手册上给的值,当数据线是32位时,最低两位是没有使用的,一个地址对应的是四个字节为了和字节地址统一,不接bit[1-0]到SDRAM中。
注意:
存储单元:每一个地址对应的存储空间,就是一个存储单元
存储器总容量的字节数 = 总的地址数 X 存储单元字节数
通过扩展地址线/数据线来扩展容量,比如我们内存模块是采用 16M*8bit的内存颗粒,那么我们使用4个颗粒进行字扩展(数据线),成为16M*32bit,使用4个颗粒进行容量扩展(地址线)变为64M*8bit
采用按字节编址的方式,每一个地址对应一个字节单元(与存储单元字节数无关)-CPU端设置
逻辑上:
物理上:
12.3 存储器控制器
12.3.1 时序图
时序是表达指令执行中各控制信号在时间上的相互关系,由于有了时序才能让 IC 有条不紊的工作。
时序图读法:
从上到下,从左到右,高电平在上,低电平在下,高组态在中间。
双线表示可能高也可能低,视数据而定。
交叉线表示状态的高低变化点,可以是高变低,也可以是低变高,也可以不变。
时序图的看法:
按照从上到下,从左到右的顺序,每到一个突变点(从0变为1,或从1变为0)时,记录各信号的值,进而分析可知其相应的功能。
12.3.2 寄存器设置
存储控制器共有13各寄存器,BANK0-BANK5 只需要设置 BWSCON 和 BANKCONx(x 为 0~5)两个寄存器;
BANK6、BANK7 外接 SDRAM 时,除 BWSCON 和 BANKCONx(x 为6、7)外,还需要设置 REFRESH、BANKSIZE、MRSRB6、MRSRB7 等 4 各寄存器:
MT[16 - 15] 设置接的是 ROM/SRAM[00] 还是 SDRAM[11],如果是 00 的话,其他设备和 BANKCONx(x 为 0 - 5) 一样;当 MT 设置成 SDRAM 还需要设置 Trcd[3:2],RAStoCAS(delay 设置推荐为 01),Scan[1:0](SDRAM 列地址位数)
STx 用于设置启用 UB/LB(0)
WSx 是否使用存储器的 WAIT 信号(0)
DWx 用于设置 BANK 位宽
BWSCON:
BANKCONx(x 为 0 - 5):用于控制外接设备的访问时序,使用默认的 0x700 即可满足要求
BANKCONx(x 为 6、7):
12.4 SDRAM 初始化
Makefile
1 # 获取当前工作目录
2 CURRDIR = $(shell pwd)
3
4 # 头文件所在目录
5 INCDIR = $(CURRDIR)
6
7 # 交叉编译工具链的绝对路径
8 CROSS_COMPILE = ~/work/s3c2440/tools/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/bin/arm-linux-
9
10 # 编译器工具
11 AS = $(CROSS_COMPILE)as
12 LD = $(CROSS_COMPILE)ld
13 CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
14 CPP = $(CC) -E
15 AR = $(CROSS_COMPILE)ar
16 NM = $(CROSS_COMPILE)nm
17 STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
18 OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
19 OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
20
21 # 编译器标识位设置
22 CFLAGS :=
23 AFLAGS :=
24 LDFLAGS :=
25 CFLAGS :=
26 AFLAGSL :=
27
28 # 目标文件设置
29 objs := startup.o sdram.o
30
31 all: clean s3c2440.bin
32
33
34 # 执行编译的过程
35 s3c2440.bin: $(objs)
36 $(LD) -Ttext 0x00000000 -o s3c2440_elf $^
37 $(OBJCOPY) -O binary -S s3c2440_elf $@
38 $(OBJDUMP) -D -m arm s3c2440_elf > s3c2440.dis
39
40
41 %.o:%.c
42 $(CC) -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -ffreestanding -c -o $@ $<
43
44 %.o:%.S
45 $(CC) -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -ffreestanding -c -o $@ $<
46
47 clean:
48 rm -f *.bin *_elf *.dis *.o
startup.S
1 .equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000
2 .equ SDRAM_BASE, 0x30000000
3
4 .text
5 .global _start
6 _start:
7 bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG,否则CPU会不断重启
8 bl memsetup @ 设置存储控制器
9 bl copy_steppingstone_to_sdram @ 复制代码到SDRAM中
10 ldr pc, =on_sdram @ 跳到SDRAM中继续执行
11
12 @ 栈是先入后出,SDRAM 的地址为 0x30000000,64M 大小的结束地址为 0x34000000
13 on_sdram:
14 ldr sp, =0x34000000 @ 设置堆栈, 此时 pc 指向了栈顶
15 bl main
16
17 halt_loop:
18 b halt_loop
19
20 @ WTCON 寄存器允许用户使能或禁止看门狗定时器、从 4 个不同源选择时钟信号、使能或禁止中断和使能或禁止看门狗定时器输出。
21 @ 看门狗定时器是用于恢复 S3C2440A 上电后若有故障重时新启动;如果不希望控制器重新启动,则应该禁止看门狗定时器。
22 @ 如果用户希望使用看门狗定时器作为普通定时器,则应使能中断并且禁止看门狗定时器。
23 @ STR{条件} 源寄存器,
24 @ STR指令用于从源寄存器中将一个 32 位的字数据传送到存储器中。
25 disable_watch_dog:
26 @ 往 WATCHDOG 寄存器写 0 即可,操作 WTCON 寄存器
27 mov r1, #0x53000000
28 mov r2, #0x0
29 str r2, [r1]
30 mov pc, lr @ 返回
31
32 @ S3C2440A 引导代码可以在外部 NAND Flash 存储器上执行。
33 @ 为了支持 NAND Flash 的 BootLoader,S3C2440A 配备了一个内置的 SRAM 缓冲器,叫做“Steppingstone”。
34 @ 引导启动时,NAND Flash 存储器的开始 4K 字节将被加载到 Steppingstone 中并且执行加载到 Steppingstone 的引导代码。
35 copy_steppingstone_to_sdram:
36 @ 将Steppingstone 的 4K 数据全部复制到 SDRAM 中去
37 @ Steppingstone 起始地址为 0x00000000,SDRAM 中起始地址为 0x30000000
38
39 mov r1, #0
40 ldr r2, =SDRAM_BASE
41 mov r3, #4*1024
42 1:
43 ldr r4, [r1],#4 @ 从Steppingstone读取4字节的数据,并让源地址加4
44 str r4, [r2],#4 @ 将此4字节的数据复制到SDRAM中,并让目地地址加4
45 cmp r1, r3 @ 判断是否完成:源地址等于Steppingstone的未地址?
46 bne 1b @ 若没有复制完,继续
47 mov pc, lr @ 返回
48
49 @ 存储控制器设置
50 memsetup:
51 @ 设置存储控制器以便使用SDRAM等外设
52
53 mov r1, #MEM_CTL_BASE @ 存储控制器的13个寄存器的开始地址
54 adrl r2, mem_cfg_val @ 这13个值的起始存储地址
55 add r3, r1, #52 @ 13*4 = 54
56 1:
57 ldr r4, [r2], #4 @ 读取设置值,并让r2加4
58 str r4, [r1], #4 @ 将此值写入寄存器,并让r1加4
59 cmp r1, r3 @ 判断是否设置完所有13个寄存器
60 bne 1b @ 若没有写成,继续
61 mov pc, lr @ 返回
62
63 .align 4
64 mem_cfg_val:
65 @ 存储控制器13个寄存器的设置值
66 @ BWSCON 总线宽度和等待控制寄存器
67 @ 0010 0010 0000 0001 0001 0001 0001 0000
68 .long 0x22011110 @ BWSCON
69 @ BANKCON0 Bank0 控制寄存器
70 @ 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0000 0000
71 @ 设置了访问周期为 14 各时钟
72 .long 0x00000700 @ BANKCON0
73 @ BANKCON1 Bank· 控制寄存器
74 .long 0x00000700 @ BANKCON1
75 @ BANKCON2 Bank2 控制寄存器