十二、S3C2440 裸机 — SDRAM

发布时间:2023-07-11  

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

文章来源于:电子工程世界    原文链接
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