【连载】【FPGA黑金开发板】NIOS II那些事儿--SDRAM实验(十二)

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一、简介

      这一节，我们来聊聊SDRAM吧。作为NIOS系统中最重要的一个外部器件，它担任着重要的角色，大家对它也应该很熟悉。每次上电的时候，FPGA都会把FLASH中的程序送到SDRAM中运行，之所以这样来做就是因为它的速度很快，但它掉电是要丢失数据的，所以要把数据存到FLASH中。

      有关SDRAM的理论知识我在这里不说了，不知道的百度google一下都可以。其实在NIOS II开发过程中，就算你对SDRAM的理论知识不了解，也不耽误你对它的使用。SOPC builder都已经完美的将它驱动起来，我们只要知道怎么使用它就可以了。下面，我们就来讲讲他的使用方法，其实真的很简单。

      在我们讲第一节的时候，我们就已经讲了如何构建SDRAM的控制器了，我在这里不再重复了，假设你已经构建好了，我主要讲一下有关软件的部分。

二、软件开发

      首先打开NIOS II 9.0 IDE软件，打开后，我们来看看system.h文件，确定一下SDRAM控制器模块是否已经加入进来。如果加入，有下面的内容出现

#define SDRAM_NAME "/dev/sdram"

#define SDRAM_TYPE "altera_avalon_new_sdram_controller"

#define SDRAM_BASE 0x01000000

……
 

接下来，我们开始编写有关SDRAM的软件代码，代码很简单，如下所示

/*
 * ==================================================================
*       Filename:  main.c
*    Description:  SDRAM读写试验
 *        Version:  1.0.0
 *        Created:  2010.4.16
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  Nios II 9.0 IDE
 *         Author:  马瑞 (AVIC)
 *          Email:  avic633@gmail.com  
 * =================================================================
 */

/*----------------------------------------------------------------
 * Include 
 *----------------------------------------------------------------*/
#include <stdio.h>
#include "../inc/sopc.h"
#include "system.h"
#include "string.h"

/*---------------------------------------------------------------
 *  Variable
 *---------------------------------------------------------------*/
unsigned short * ram = (unsigned short *)(SDRAM_BASE+0x10000); //SDRAM地址

/* 
 * ===  FUNCTION  ===================================================
 *         Name:  main
 *  Description:  函数主程序
 * =================================================================
 */
int main(void)
{
    int i;
    
    memset(ram,0,100);
    //向ram中写数据，当ram写完以后，ram的地址已经变为(SDRAM_BASE+0x10100)
    for(i=0;i<100;i++){
        *(ram++) = i;
    }

    //逆向读取ram中的数据
    for(i=0;i<100;i++){
        printf("%d\n",*(--ram));
    }
       
    return 0;
}

      程序很简单，就是向指定的SDRAM中赋值。在这个程序里面有几个地方需要说明一下。首先，我在程序前面定义了一个unsigned short类型的指针变量ram，并将其指向SDRAM+0x10000这个位置。之所以设置为unsigned short数据类型，是因为我们用的SDRAM是16位数据总线的。而将其指向SDRAM+0x10000是因为在NIOS II运行时会用到SDRAM的部分空间，我们必须避开这部分空间，以免运行错误。0x10000这个值不是固定的，只要避开SDRAM的那部分空间就可以了。除此之外还有一个地方需要注意，就是当我们对sdram赋值以后，指针就会向后移动，指向下一个地址空间，每加一次，地址都会向后面移动16位。假如我们现在是在SDRAM+0X10000这个位置，当指针向后移动一次以后，地址就变为了SDRAM+0X10002，再加一次就变为了SDRAM+0X10004，以此类推。这些都是内部自动处理的，不需要我们来参与，我们只要知道就可以了。

      其实我讲这部分内容是想告诉大家，SDRAM控制器一旦构建好以后，我们对SDRAM的处理就像对内部地址一样，我们可以随意的进行赋值和读取。对于开发板上的64Mbit的SDRAM其实有很少一部分用给NIOS系统，其余部分都在空闲，大家是不是觉得很浪费呢。其实在有些情况下，我们就可以利用起这部分资源，比如在某个系统中，我们需要将外设接收到的数据缓存一下，我们就可以用这部分空闲的SDRAM空间来处理。

      在C语言中，如果我们要接收比较大的数据，还有另一种处理方法，那就是借助堆（heap）。可能有些人对堆和栈还分不清楚，我在这简单解释一下。栈（stack） 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b，系统自动在栈中为b开辟空间。而堆（heap）需要程序员自己申请，并指明大小。有人用这样一个比喻来解释堆和栈的区别，非常形象贴切：使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大，这个人真是太有才了。下面我来写一个堆的代码，这部分代码是节选的，并不完全，功能是通过xmodem协议接收数据，并将其内容放到堆里面。如下所示

/* 
 * ===  FUNCTION  ==================================================
 *         Name:  main
 *  Description:  主函数
 * =================================================================
 */
int main()
{    
    char *ram = (char *)malloc ( sizeof(char)* 500000 );

    if ( ram==NULL ) {
        fprintf ( stderr, "\ndynamic memory allocation failed\n" );
        exit (EXIT_FAILURE);
    }        

    uart.init();
    
    /*------------------- FLASH -----------------------------*/
    
    while(1){
        if(uart.mode_flag){ 
            xmodem.xmodem_rx();
            printf("ram_cnt:%d\n",ram_cnt);
            parse_srecord_buf(ram,ram_cnt);
            printf("successful!");
            ram_cnt = 0;
            uart.mode_flag = 0;
        }
                        
    }

    free (ram);
        
    return 0;
}

      看了上面的代码大家应该了解了堆的用法了吧，它是通过malloc向系统中申请空间的。申请成功以后，就会返回申请地址的首地址，失败则返回NULL。到底申请在什么地方，我们可以通过打印指针来得知，但并没这个必要，因为这些都是系统来处理的，我们得到了首地址然后用就可以了。需要注意一点，我们申请完的地址用完以后需要释放，用free来释放就可以了。如果不释放，可能会出现内存泄露问题，到时候麻烦就大了，具体大到什么程度我也不知道，呵呵。

      可能有人会问，为什么不用栈来处理这个问题呢？这就跟编译有关系了，在编译过程中，系统会将栈需要的空间加到代码中，也就是说如果你在代码中用栈来处理大的数据，那么你编译以后的代码会非常大，你下载到flash以后，加载到sdram中的时间也会非常之长。而堆这不会，系统对堆的处理方式是何时用合适分配，并不占代码空间。

      说到这，有关SDRAM部分的内容讲完了。总结一下，使用SDRAM有两种方法，第一种是直接对SDRAM地址处理；第二种方法就是利用堆来处理。好了，这部分内容就讲到这吧，如果大家对此有疑问，或者发现我讲的内容有问题可以直接跟我联系，邮箱：avic633@gmail.com；qq:984597569。