JZ2440存储管理器--SDRAM

 为了cpu访问外部设备，ARM提供一个存储管理器部件，提供访问外部设备的所需的信号（对SDRAM、网卡、nor等设备进行初始化，以便存储器管理器配合CPU进行与外设数据通讯）。

  CPU通常读写一个外设仅仅发出地址，它不仔细过问其中的任何过程，地址发出后就交给了存储管理器，存储管理器就会根据地址判断是什么设备，并负责数据操作，把CPU想操作的数据反馈给CPU：

  

  S3C2440对外引出27根地址线ADDR0-ADDR26，因此从地址线数目来看S3C2440对外访问的范围只有128MB，cpu同时还引出了8根片选信号nGCS0-nGCS7,分别对应着BANK0-BANK7,当nGCSx引脚拉低即可选中对应的外接设备。这样S3C2440的寻址空间就有1GB了。S3C2440作为32位的cpu，理论可以寻址范围是4GB，一部分用于访问外设--1GB，一部分是cpu内部寄存器的地址，剩下的地址空间没有使用。（注意：这里是物理地址）

    

 

  上图是s3c2440的存储控制器地址空间分布图，左侧图对应不使用Nand flash启动时(通过跳线设置)，存储器Bank分布图，通常在这种启动方式里选择Norflash启动，将Nor flash焊接在Bank0， 系统上电后，CPU从Bank0的开始地址0x00000000开始取指运行。上图右侧是选择从Nand flash引导启动(通过跳线设置)，系统上电后，CPU会自动将Nandflash里前4K的数据复制到S3C2440内部一个4K大小 SRAM类型存储器里（叫做Steppingstone），然后从Steppingstone取指启动。

 

  其中Bank0~Bank5可以焊接ROM或SRAM类型存储器，Bank6~Bank7可以焊接ROM，SRAM，SDRAM类型存储器，也就是说，S3C2440的SDRAM内存应该焊接在Bank6~Bank7上，最大支持内存256M，Bank0~Bank5通常焊接一些用于引导系统启动小容量ROM，具体焊接什么样存储器，多大容量，根据每个开发板生产商不同而不同，比如s3c2440开发板将2M的Norflash焊接在了Bank0上，用于存放系统引导程序Bootloader，将两片32M，16Bit位宽SDRAM内存焊接在Bank6上（Bank7没有使用），并联形成64M，32位内存。

 

 

  cpu想访问一个存储芯片需要哪些条件？

 

   1）地址线

 

   2）数据线 8/16/32 数据宽度

 

   3）时钟频率

 

   4）芯片相关特性(行地址，列地址，bank，刷新周期等等)

 

 

  下面就SDRAM为例子，cpu想要进行SDRAM的访问，应该怎样的一个过程呢？

 

     1）cpu发出片选信号nSCS0/nSCS6的有效信号，通过选中存储控制器的BANK6来选中sdram芯片（其中nSCS0与nSCS6是同一个引脚的两种功能，拉低哪一个对引脚效果都是一样的）

 

   2）使用ADDR24和ADDR25作为L-Bank的选择信号，可以选择SDRAM的L-Bank的四个中任意一个

 

   3）对选中的芯片进行统一的行和列寻址，根据sdram芯片的列地址线数设置存储管理器的相关寄存器，cpu就会从4GB地址中自动分配L-bank选择信号，行地址信号，列地址信号，然后先后发出行地址信号，列地址信号。L-bank选择信号在发出行地址信号的同时并维持到列地址信号结束。

 

在下图中可以清楚看到行地址和列地址共用地址线ADDR2-ADDR14（BANK6位宽是32，ADDR0/1没有使用），并用sdram的行地址脉冲选择信号nSRAS和列地址脉冲选择信号nSCAS进行区别。当nSRAS有效时，ADDR2-ADDR14上发出的是行地址信号，对应着32位地址空间的bit[23:11];当nSCAS信号有效时，ADDR2-ADDR10上发出的是列地址信号，对应32位地址空间的bit[10:2]。

  下面进行一个实验，将写的LED流水的程序在SDRAM中进行运行，当然当运行程序较大时由于ARM片内资源中，内存很小（4K），为了能够运行操作系统和大的应用程序，需要在ARM存储接口上进行扩展，如SDRAM,SRAM,ROM,FLASH等。

   源程序：led_loop.c

   #define GPFCON  (*(volatile unsigned long*)0x56000050)

   #define GPFDAT  (*(volatile unsigned long*)0x56000054)

    

   #define GPF4_reset (3<<(4*2))

　 #define GPF5_reset (3<<(5*2))

   #define GPF6_reset (3<<(6*2))

 

   #define GPF4_out (1<<(4*2))

   #define GPF5_out (1<<(5*2))

   #define GPF6_out (1<<(6*2))

 

void Delay_ms(volatile unsigned long ms);

   int main()

{

  GPFCON &=~(GPF4_reset | GPF5_reset | GPF6_reset);

  GPFDAT |=  GPF4_out | GPF5_out | GPF6_out; //输出

 while(1)

{

    GPFDAT &=~(1<<4);

    Delay_ms(30000);

    GPFDAT |=(1<<4);

 

    GPFDAT &=~(1<<5);

    Delay_ms(30000);

    GPFDAT |=(1<<5);

 

    GPFDAT &=~(1<<6);

    Delay_ms(30000);

    GPFDAT |=(1<<6);

 }

   return 0;

}

void Delay_ms(volatile unsigned long ms)//延时函数

{

    for(; ms>0; ms--);

}

  配置文件：crt.S

  .equ    MEM_BASE    0x48000000   @存储管理器寄存器首地址

  .text   SDRAM_BASE  0x30000000   @sdram首地址

  .global _start

  _start:

  　　　　bl disable_watch_dog      @关看门狗

　　　　  bl setup_mem              @配置存储管理器

          bl sram_to_sdram          @到sdram中进行运行

　　　　  ldr pc, =on_sdram

on_sdram:

　　　　  ldr sp, =34000000

　　　　  bl main

halt_loop:

 

　　　　  b halt_loop

disable_watch_dog:

　　　　  ldr r0,=0x53000000

　　　　  mov r1,#0x00000000

　　　　  str r1, [r0]

　　　　  mov pc,lr

setup_mem:

　　　　  ldr r0,=MEM_BASE

          adrl r1,mem_con_val

　　　　  add r3,r0,#(13*4)

1:

　        ldr r4,[r1],#4

　　　　  str r4,[r0],#4　

　　　　  cmp r0,r3

　　　　　bne 1b

　　　　  mov pc,lr

sram_to_sdram:

　　　　  ldr r0,=0x00000000

　　　　  ldr r1,=SDRAM_BASE

　　　　  mov r3,#1024*4

1:

　　　　  ldr r4,[r0],#4

　　　　  str r4,[r1],#4

          cmp r0,r3

　　　　  bne 1b

　　　　  mov pc,lr

.align 4

mem_con_val:

　　　　.long  0x220111110 @位宽

　　　　.long  0x00000700 @bank0访问时序

　　　　.long  0x00000700 @bank1。。。。

　　　　.long  0x00000700 @bank2。。。。

　　　　.long  0x00000700 @bank3。。。。

　　　　.long  0x00000700 @bank4。。。。

　　　　.long  0x00000700 @bank5。。。。

　　　　.long  0x00018005 @bank6。。。。

　　　　.long  0x00018005 @bank7。。。。

　　　　.long  0x008C07A3 @刷新周期

　　　　.long  0x000000B1 @banksize

　　　　.long  0x00000030 @sdram模式设置--MRSRB6

　　　　.long  0x00000030 @sdram模式设置--MRSRB7　  

  Makefile:

led_loop.bin: crt.S  led_loop.c

　　　　arm-linux-gcc -g -c -o crt.o crt.S

　　　　arm-linux-gcc -g -c -o led_loop.o led_loop.c

　　　　arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 -g crt.o led_loop.o -o led_loop_elf

　　　　arm-linux-objcopy -O binary -S led_loop_elf led_loop.bin

　　　　arm-linux-objdump -D -m arm led_loop_elf > led_loop.dis

clean:

　　　　rm -f led_loop_elf led_loop.dis led_loop.bin *.o

 执行make后生成的可执行的文件进行烧录，发现在SDRAM中进行运行LED进行流水的速度较慢，这是由于SDRAM和SRAM相比，SDRAM的性能较差：

    SRAM：速度快，价格贵，不需要进行刷新

    SDRAM：速度慢，价格便宜，访问复杂，需要不断刷新（否则数据会丢失）

 

 在学习过程中遇到了两个问题：

  1）2440与SDRAM的连接方式--根据不同的存储器件（SDRAM）的位宽，2440的地址线要进行左移一位，即：

      SDRAM的位宽是32位（4byte）时，2440与SDRAM进行连接时   --------------A0，A1不进行连接

      SDRAM的位宽是16位（2byte）时，2440与SDRAM进行连接时   --------------仅仅A0不进行连接

      SDRAM的位宽是8位（1byte）时， 2440与SDRAM进行连接时   --------------全部地址线进行连接

  

 原因在于：

   从软件和CPU的角度而言，一个地址对应一个字节，就是8位数据。对于具体器件而言，它的位宽是一定的，所谓位宽，指的是“读/写操作时，最小的数据单元”──别说最小单元是“位”，一般设备上没有单独的“位操作”，修改位时通过把整个字节、字或双字读出来、修改，再回写。  CPU的地址线（A0－A20）对应的最小数据单元是字节，即8位；而位宽为16的NOR FLASH的地址线(A0－A19)对应的最小数据单元是16位。

  这两个怎么对应起来？
  如果说外设的位宽是16，难道我们写程序时会“特意”以16位进行操作吗？不用的，我们写程序时根本不用管外设位宽是8、16还是32。
  仔细想想，其实是可以想通的：既然CPU、外设NOR FLASH的最小读/写单元已经固定，那么肯定就是CPU与NORFLASH之间有个中间层，它来做处理：
这个中间层被称为“Memory Controller”，CPU要进行读写操作时，“Memory Controller”根据NOR FLASH的位宽，每次总是读/写16位数据。
以读操作为例：
CPU想进行8位操作时，它选择其中的8位返回给CPU；
CPU想进行16位操作时，它直接把这16位数据返回给CPU；
CPU想进行32位操作时，它发起2次读/写，把结果组合成32位返回给CPU。

 

  假如现在CPU执行了以下的汇编指令：
  MOV R0， #3 
  LDRB R1, [R0]  
  汇编含义：先让R0=3，然后去R0所表示的地址读取1byte放在R1中。
  其中LDRB中的B是byte之意，从存储器中将一个8位的字节数据传送到目的寄存器中，同理的还有LDR指令对32位的字数据操作，LDRH指令对16位的半字数据操作。
即，以上汇编就是  从地址3处，读出1byte数据。

  CPU发出指令后，交给内存控制器，内存控制器发出地址3，即A0、A1都为1。
  对于8bitROM ，8bit是一次读写的最小单位，如图：即0地址是第一个8bit，1地址是第二个8bit;
内存控制器发出的 A0和A1都为1，8bitROM的A0和A1收到的也都是1，于是找到了ROM上地址为3的8bit数据,就是我们需要的数据，内存控制器返回给CPU。

  对于16bitROM ，16bit是一次读写的最小单位，如图：即0地址是第一个16bit，里面有两个8bit数据;
内存控制器发出的 A0和A1都为1，16bitROM的A0和A1分别收到的是1和0，于是找到了ROM上地址为1的16bit数据，包含了我们需要的数据，最后内存控制器根据”A0=1”,挑出低8bit数据,  即我们刚好需要的数据，返回给CPU。。

  对于32bitROM ，32bit是一次读写的最小单位，如图：即0地址是第一个32bit，里面有四个8bit数据;
内存控制器发出的 A0和A1都为1,但32bitROM的A0和A1收到的都是0，于是找到了ROM上地址为0的32bit数据，包含了我们需要的数据，最后内存控制器根据”A0=1 A1=1”,相应8bit数据,  即我们刚好需要的数据，返回给CPU。。

 

 参考链接：http://www.100ask.org/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=19770

           http://blog.csdn.net/thisway_diy/article/details/78113879

  2）SDRAM的寻址范围：

           2^13×2^9×4×32bit=64M