转载_linux DDR驱动知识
一：DDR操作
1 相关原理
DDR3内部相当于存储表格，和表格的检索相似，需要先指定
行地址(row),再指定列地址(column),这样就可以准确的找到需要的单元格。对于DDR3内存，单元格称为基本存储单元(也就是每次能从该DDR3芯片读取的最小数据)，存储表格称为逻辑bank(DDR3内存芯片都是8个bank，也就是说有8个这样的存储表格)
所以寻址的流程是先指定bank地址，再指定行地址(row)，最后指列地址(column)来确定基本存储单元，每个基本存储单元的大小等于该DDR3芯片的数据线位宽,也就是每次能从单个DDR3芯片读取的最小数据长度
2 地址线和内存容量分析
由上文可知要寻址DDR3芯片的基本存储单元需要指定3个地址：
bank地址，行地址(row),列地址(column)
下面以三星MT41J1G4，MT41J512M8，MT41J256M16进行分析
MT41J1G4 – 128 Meg x 4 x 8 banks
MT41J512M8 – 64 Meg x 8 x 8 banks
MT41J256M16 – 32 Meg x 16 x 8 banks
三个型号的容量都是一样，仅仅只是数据线位宽不一样，从上述扩展命名可以分析DDR3芯片的地址线数量，数据线位宽，整体容量
比如：
MT41J256M16 - 32 Meg x 16 x 8 banks
单个DDR3芯片内部有8个banks因此有3根bank地址线BA0,BA1,BA2
每个bank大小是32M*16 bit = 64MB
有16根数据线即基本存储单元是16bit
每个bank有32M个基本存储单元,总共有32M*8=256M个地址
从datasheet分析有15bit row地址和10bit column地址。但是芯片只提供了15根地址线，不够25根。
其实原因是行地址线RA0-RA14和列地址线CA0-CA9地址线分时共用(反正是先取行地址再取列地址)所以只需要15根地址线就可以
每个bank总共有2^15 * 2^10 = 32M个基本存储单元
然后每个基本单元的大小是16bit所以总大小是32M*16bit*8 = 4Gbit
MT41J512M8 – 64 Meg x 8 x 8 banks
单个DDR3芯片内部有8个banks因此有3根bank地址线BA0,BA1,BA2
每个bank大小是64M*8bit = 64MB
有8根数据线即基本存储单元是8bit
每个bank有64M个基本存储单元,总共有64M*8=512M个地址
从datasheet分析有16bit row地址和10bit column地址。但是芯片只提供了16根地址线，不够26根。
原因也是行地址线RA0-RA15和列地址线CA0-CA9地址线分时共用
所以只需要16根地址线就可以
每个bank总共有2^16* 2^10 = 64M个基本存储单元
然后每个基本单元的大小是8bit所以总大小是64M * 8bit*8 = 4Gbit
MT41J1G4 – 128 Meg x 4 x 8 banks
单个DDR3芯片内部有8个banks
每个bank大小是128M* 4bit = 64MB
有4根数据线即基本存储单元是4bit
每个bank有128M个基本存储单元,总共是128M*8=1G个的地址
从datasheet分析有16bit row地址和11bit column地址
由于行地址线RA0-RA15和列地址线CA0-CA9，CA11地址线分时共用
所以只需要16根地址线就可以
每个bank总共有2^16* 2^11 = 128M个基本存储单元
然后每个基本单元的大小是4bit所以总大小是128M *4bit*8 = 4Gbit
注意DDR3芯片的PAGESIZE = 2^column * 数据线位宽/8
由此可知
MT41J1G4 – 128 Meg x 4 x 8 banks
PAGESIZE = 2^11 * 4/8 = 1KB
MT41J512M8 – 64 Meg x 8 x 8 banks
PAGESIZE = 2^10 * 8/8 = 1KB
MT41J256M16 – 32 Meg x 16 x 8 banks
PAGESIZE = 2^10 * 16/8 = 2KB
3 DDR3控制器16bit/32bit概念
这儿所说的16bit/32bit指的是整个内存控制器(DDR控制器)以多长为单位进行存储，而不是单个DDR3芯片的基本存储单元
32bit表示内存控制器(DDR控制器)以32bit为单位访问内存，即给定一个内存地址,内存芯片(DDR3)会给内存控制器 32bit的数据到数据线上，当然该32bit数据可能不来自同一个DDR3芯片上，16bit与此类似
下面分析用两个16bit的DDR3内存如何拼成32bit的DDR3, 每一个DDR3内存大小为256MB = 2Gbit, 每个DDR3有8个banks, 行地址线14根, 列地址线10根, 一个单元格占16bits
第一片16bit DDR3的BA0,BA1,BA2连接CPU的BA0, BA1, BA2
第二片16bit DDR3
的BA0,BA1,BA2连接CPU
的BA0, BA1, BA2
第一片16bit DDR3的A0~A13连接CPU的A0~A13
第二片16bit DDR3的A0~A13连接CPU的A0~A13
第一片16bit DDR3的D0~D15连接CPU的D0~D15
第二片16bit DDR3的D0~D15连接CPU的D16~D31
分析该实例。
bank地址线是3bit所以单个16bit DDR3内部有8个bank.
行地址(row)A0~A13共14bit说明每个bank有2^14行
列地址(column)A0~A9共10bit说明每个bank有2^10列
每个bank大小是2^14 * 2^10 * 16 = 16M * 16bit = 32MB
每个bank有16M(2^14 * 2^10 = 16M)个基本存储单元,单个16bit DDR3芯片总共有16M*8=128M个地址
单个16bit DDR3芯片容量总大小是 32MB * 8 = 256MB = 2Gbit
从前面的连线可知两块16bit DDR3的BA0~BA2和A0~A13是并行连接到内存控制器，所以内存控制器认为只有一块内存，访问的时候按照BA0~BA2和A0~A13给出地址。两块16bit DDR3都收到了该地址，给出的反应是要么将给定地址上的2个字节读到数据线上，要么是将数据线上的两个字节写入到指定的地址。
此时内存控制器认为自己成功的访问的了一块32bit的内存，
所以内存控制器每给出一个地址，将访问4个字节的数据，读取/写入。这4字节数据对应到内存控制器的D0~D31，又分别被连接到两片DDR3芯片的D0~D15，这样32bit就被拆成了两个16bit分别去访问单个DDR3芯片的基本存储单元。 所以说这种接法只能4字节(32位)访问(Only 32-bit access is supported), 与GPIO内存映射一样的, 就是说内存访问地址只能+4, 比如GPIO内存地址是0x209c000 -> 0x209c004 -> 0x209c008... 地址只能4字节增加. 这里这种DDR接法也限定了访问内存地址只能4字节增加
注意：尽管每个DDR3芯片识别的地址只有128M(由上面可知2^14 * 2^10 * 8 = 128M)个，但由于内存控制器每访问一个内存地址，将访问4个字节数据，所以对于内存控制器来说，能访问的内存大小仍是512M，只不过在内存控制器将地址传给DDR3芯片时，低两位被忽略，也就是说DDR3芯片识别的地址只有128M个。
比如内存控制器访问地址0x00000000，0x00000001，0x00000002，0x00000003，但对DDR3来说，都是访问地址0x00000000
4 内存映射的概念
上文中的内存寻址主要讲的是内存控制器如何去访问DDR3芯片基本存储单元
本文中的内存映射主要讲的是如何将内存控制器(DDR控制器)管理的DDR3芯片地址空间映射到SOC芯片为DDR3预留的地址范围。比如基于ARM的SOC芯片，DDR3的预留地址一般都是0x80000000，如果没有使用内存映射，SOC去访问0x80000000地址时会造成整个系统崩溃，因为访问的地址并不存在实际的内存
DDR3控制器有两种映射模式：非交织映射和交织映射(interlave).
交织映射，即双通道内存技术，当访问在控制器A上进行时，控制器B为下一次访问做准备，数据访问在两个控制器上交替进行，从而提高DDR吞吐率。支持128byte,256byte,512byte的交织模式。如果要使用交织模式，要保证有两个内存控制器以及两个内存控制器有对称的物理内存(即两块内存大小一致；在各自的控制器上的地址映射一致)
非交织映射，即两个内存控制器的内存映射在各自的映射范围内线性递增。对于只存在1个内存控制器或者只使用1个内存控制器时则只能使用非交织的线性映射模式。
5 内存映射具体介绍
下面以DM385和DM8168来介绍内存映射
DM385有1个DDR控制器EMIF0支持JEDEC标准的DDR2,DDR3芯片.
当然DM385只能使用非交织映射模式
数据总线支持16bit和32bit.
DM385有4个内存映射寄存器,所以最多可以映射4段地址空间
DMM_LISA_MAP__0, DMM_LISA_MAP__1,
DMM_LISA_MAP__2, DMM_LISA_MAP__3
下图是该寄存器的具体介绍
SYS_ADDR: 映射到SOC系统上的物理地址,
比如需要映射到0x8000000则SYS_ADDR = 80
SYS_SIZE: 映射的内存大小,讲的是主要给系统映射了多大的内存
SDRC_INTL: 是否使用交织模式，以及使用何种交织模式映射
SDRC_MAP: 交织映射则为3，否则为1或者2
SDRC_ADDR:内存控制器的高位地址即没有映射前他的内存地址
一般都是从0x00000000开始
下面是我们DM385板卡的内存映射
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__0 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__1 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__3 0x80400100
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__4 0xB0400110
使用了两个映射寄存器，所以主要映射了两段地址空间
从上图可以看出来
第一段映射是将EMIF0的0x00000000映射到SOC系统地址0x8000000上，映射长度为256MB
第二段映射是将EMIF0的0x10000000映射到SOC系统地址0xB000000上，映射长度为256MB
下图是访问模式，线性访问物理地址
由于DM385只有一个内存控制器EMIF0所以只能非交织映射
当然对于上述映射方式可以变为如下映射
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__0 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__1 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__3 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__4 0x80500100
将EMIF0的0x00000000映射到SOC系统地址0x80000000,映射长度是512MB
6 DM8168内存映射
2个DDR控制器EMIF0和EMIF1,支持JEDEC标准的DDR2,DDR3芯片
DM8168支持非交织模式映射和交织模式映射
数据总线支持16bit和32bit.
DM8168有4个内存映射寄存器,所以最多可以映射4段地址空间
下面是我们DM8168板卡的内存映射
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__0 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__1 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__3 0x80640300
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__4 0xC0640320
使用了两个映射寄存器，所以主要映射了两段地址空间
从上图可知
第一段映射是将EMIF0和EMIF1的0x0000000交织映射到SOC系统的0x80000000，对于系统来说了总共映射了1GB的大小，从EMIF0映射了512MB,EMIF1映射了512MB
第二段映射是将EMIF0和EMIF1的0x2000000交织映射到SOC系统的0xC0000000，对于系统来说了总共映射了1GB的大小，从EMIF0映射了512MB,EMIF1映射了512MB
下图是访问模式，交织访问物理地址,128字节交替映射，在交织访问模式下，系统送出的物理地址在两个内存控制器上交替访问
当然也可以使用如下非交织映射
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__0 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__1 0x00
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__3 0x80600100
#define DDR3_DMM_LISA_MAP__4 0xC0600200
将EMIF0的0x00000000映射到SOC系统地址0x80000000,映射长度是1GB
将EMIF1的0x00000000映射到SOC系统地址0xC0000000,映射长度是1GB
使用下图的线性访问模式
7 DDR3引脚描述
4bit和8bit位宽芯片一般采用78球FBGA封装
16bit位宽芯片一般采用96球FBGA封装
下列信号方向都是针对DDR3芯片来说的
A0-A9,A10/AP,A11,A12/BC#,A13,A14 input
地址输入信号，行地址线和列地址线分时使用
A10/AP 表示PRECHARGE命令期间对某个bank预充电auto-precharge
A10为低则有BA[0,2]来决定哪个bank进行auto-precharge，A10为高电平表示对所有bank进行auto-precharge
BA0,BA1,BA2 input
bank地址输入信号，三个bank地址线表明该DDR3内部有8个bank
LOAD MODE命令期间定义DDR3芯片使用哪个模式(MR0,MR1,MR2)
CK,CK# input
差分时钟输入，所有控制和地址输入信号在CK上升沿和CK#的下降沿交叉处被采样，输出数据选通(DQS,DQS#)参考CK和CK#的交叉点
CKE input
时钟使能信号，高电平有效，CKE为低电平时提供PRECHARGE POWN-DOWN和SELF REFRESH操作(对所有bank里行有效)
CS# input
片选使能信号当CS#为高的时候，所有的命令被屏蔽，CS#提供了多RANK系统的RANK选择功能，CS#是命令代码的一部分
DM(mask) input
数据输入屏蔽，每8bit数据对应一个DM信号，在写期间，当伴随输入数据的DM信号被采样为高的时候，这8bit的输入数据视为无效。
DM信号相当于就是掩码控制位，该信号在读操作时没有用：比如在读32bit数据，但只需要8bit数据,在软件里将高24bit置0就行，有没有DM信号都关系不大，但执行写操作时，如果没有DM信号，可能程序只需要写8bit数据，但是物理连接是32bit到DDR3，只要WR信号有效，32bit数据就全部写到DDR3里边去了，高24bit数据就被覆盖了，有了DM信号它对应的8bit数据就会被忽略，这样就不会覆盖其他数据了
对于4bit位宽DDR3,两个芯片共用一个DM信号，对于8bit位宽DDR3芯片一个芯片占用一个DM信号，对于16bit位宽DDR3芯片则需要2个DM信号
虽然DM仅作为输入脚，但是，DM负载被设计成与DQ和DQS脚负载相匹配。DM的参考是VREFCA。DM可选作为TDQS
ODT input
片上终端使能。ODT使能（高）和禁止（低）片内终端电阻。在正常操作使能的时候，ODT仅对下面的管脚有效：DQ[15:0],DQS,DQS#和DM。如果通过LOAD MODE命令禁止，ODT输入被忽略
RAS#,CAS#,WE# input
命令输入，这三个信号，连同CS#用来定义一个命令
RESET# input
复位，低有效，参考是VSS
DQ0-DQ7/ DQ0-DQ15 I/O
数据输入/输出。双向数据
DQS,DQS# I/O
数据选通。读时是输出，边缘与读出的数据对齐。写时是输入，中心与写数据对齐。
DQS是DDR中的重要功能，它的功能主要用来在一个时钟周期内准确的区分出每个传输周期，并便于接收方准确接收数据。每8bit数据都有一个DQS信号线，它是双向的，在写入时它用来传送由内存控制器发来的DQS信号，读取时，则由芯片生成DQS向内存控制器发送。完全可以说，它就是数据的同步信号。
在读取时，DQS与数据信号同时生成（也是在CK与CK#的交叉点）。而DDR内存中的CL也就是从CAS发出到DQS生成的间隔，DQS生成时，芯片内部的预取已经完毕了，由于预取的原因，实际的数据传出可能会提前于DQS发生（数据提前于DQS传出）。
DQS在读取时与数据同步传输
而在接收方，一切必须保证同步接收，不能有偏差。这样在写入时，芯片不再自己生成DQS，而以发送方传来的DQS为基准，并相应延后一定的时间，在DQS的中部为数据周期的选取分割点（在读取时分割点就是上下沿），从这里分隔开两个传输周期。这样做的好处是，由于各数据信号都会有一个逻辑电平保持周期，即使发送时不同步，在DQS上下沿时都处于保持周期中，此时数据接收触发的准确性无疑是最高的。
TDQS,TDQS# output
终端数据选通。当TDQS使能时，DM禁止，TDQS和TDDS提供终端电阻。
VDD
电源电压，1.5V+/-0.075V
VDDQ
DQ电源，1.5V+/-0.075V。为了降低噪声，在芯片上进行了隔离
VREFCA
数据的参考电压。VREFDQ在所有时刻（除了自刷新）都必须保持规定的电压
VSS
地
VSSQ
DQ地，为了降低噪声，在芯片上进行了隔离
ZQ
输出驱动校准的外部参考。这个脚应该连接240ohm电阻到VSSQ
