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          S3C2440的SDRAM驅(qū)動

          作者: 時間:2016-11-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動態(tài)隨機(jī)存儲器)也就是通常所說的內(nèi)存。內(nèi)存的工作原理、控制時序、及相關(guān)控制器的配置方法一直是嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)、開發(fā)過程中的一個難點(diǎn)。我們從其硬件的角度來分析其原理,然后再引出SDRAM的驅(qū)動編寫過程。

          內(nèi)存是代碼的執(zhí)行空間,以PC機(jī)為例,程序是以文件的形式保存在硬盤里面的,程序在運(yùn)行之前先由操作系統(tǒng)裝載入內(nèi)存中,由于內(nèi)存是RAM(隨機(jī)訪問存儲器),可以通過地址去定位一個字節(jié)的數(shù)據(jù),CPU在執(zhí)行程序時將PC的值設(shè)置為程序在內(nèi)存中的開始地址,CPU會依次的從內(nèi)存里取址,譯碼,執(zhí)行,在內(nèi)存沒有被初始化之前,內(nèi)存好比是未建好的房子,是不能讀取和存儲數(shù)據(jù)的,因此我們要想讓MTOS運(yùn)行在內(nèi)存里必須進(jìn)行內(nèi)存的初始化。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201611/317595.htm

          通用存儲設(shè)備:

          在介紹內(nèi)存工作原理之前有必要了解下存儲設(shè)備的存儲方式:ROM,RAM

          lROM(Read-Only Memory):只讀存儲器,是一種只能讀出事先所存數(shù)據(jù)的固態(tài)半導(dǎo)體存儲器。其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經(jīng)常變更資料的電子或電腦系統(tǒng)中,資料并且不會因?yàn)?strong>電源關(guān)閉而消失。如:PC里面的BIOS。

          lRAM(Random Access Memory):隨機(jī)訪問存儲器,存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入,且存取的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器??梢岳斫鉃椋?dāng)你給定一個隨機(jī)有效的訪問地址,RAM會返回其存儲內(nèi)容(隨機(jī)尋址),它訪問速度與地址的無關(guān)。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內(nèi)容,故主要用于存儲短時間內(nèi)隨機(jī)訪問使用的程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里內(nèi)存地址是一個四字節(jié)對齊的地址(32位機(jī)),CPU的取指,執(zhí)行,存儲都是通過地址進(jìn)行的,因此它可以用來做內(nèi)存。

          RAM按照硬件設(shè)計(jì)的不同,隨機(jī)存儲器又分為DRAM(Dynamic RAM)動態(tài)隨機(jī)存儲器和SRAM(Static RAM)靜態(tài)隨機(jī)存儲器。

          lDRAM:它的基本原件是小電容,電容可以在兩個極板上短時間內(nèi)保留電荷,可以通過兩極之間有無電壓差代表計(jì)算機(jī)里的0和1,由于電容的物理特性,要定期的為其充電,否則數(shù)據(jù)會丟失。對電容的充電過程叫做刷新,但是制作工藝較簡單,體積小,便于集成化,經(jīng)常做為計(jì)算機(jī)里內(nèi)存制作原件。比如:PC的內(nèi)存,SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等,缺點(diǎn):由于要定期刷新存儲介質(zhì),存取速度較慢。

          lSRAM:它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存,不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。因此其存取速度快,但是體積較大,功耗大,成本高,常用作存儲容量不高,但存取速度快的場合,比如CPU的L1 cache,L2cache(一級,二級緩存),寄存器。

          為了滿足開發(fā)的需要MINI2440在出廠時搭載了三種存儲介質(zhì):

          (1)NOR FLASH(2M):ROM存儲器,通常用來保存BootLoader,引導(dǎo)系統(tǒng)啟動

          (2)NAND FLASH(256M,型號不一樣,Nandflash大小不一樣):保存操作系統(tǒng)映像文件和文件系統(tǒng)

          (3)SDRAM(64M):內(nèi)存,執(zhí)行程序

          lNORFLASH:它的特點(diǎn)是支持XIP芯片內(nèi)執(zhí)行(eXecute In Place),這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行,不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中,也就是說可以隨機(jī)尋址。NOR FLASH的成本較高。

          lNAND FLASH:它能提供極高的單元密度,可以達(dá)到高存儲密度,并且寫入和擦除的速度也很快。其成本較低,不支持XIP??勺?strong>嵌入式里的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。如:手機(jī)存儲卡,SD卡等。

          1.1.1S3C2440存儲器地址段(Bank)

          S3C2440對外引出了27根地址線ADDR0~ADDR26,它最多能夠?qū)ぶ?28MB,而S3C2440的尋址空間可以達(dá)到1GB,這是由于S3C2440將1GB的地址空間分成了8個BANKS(Bank0~Bank7),其中每一個BANK對應(yīng)一根片選信號線nGCS0~nGCS7,當(dāng)訪問BANKx的時候,nGCSx管腳電平拉低,用來選中外接設(shè)備,S3C2440通過8根選信號線和27根地址線,就可以訪問1GB。如圖2-48所示。

          圖2-48 S3C2440存儲器BANK

          如圖所示,左側(cè)圖對應(yīng)不使用Nandflash啟動時(通過跳線設(shè)置),存儲器Bank分布圖,通常在這種啟動方式里選擇Norflash啟動,將Norflash焊接在Bank0,系統(tǒng)上電后,CPU從Bank0的開始地址0x00000000開始取指運(yùn)行。

          上圖右側(cè)是選擇從Nandflash引導(dǎo)啟動(通過跳線設(shè)置),系統(tǒng)上電后,CPU會自動將Nandflash里前4K的數(shù)據(jù)復(fù)制到S3C2440內(nèi)部一個4K大小SRAM類型存儲器里(叫做Steppingstone),然后從Steppingstone取指啟動。

          其中Bank0~Bank5可以焊接ROM或SRAM類型存儲器,Bank6~Bank7可以焊接ROM,SRAM,SDRAM類型存儲器,也就是說,S3C2440的SDRAM內(nèi)存應(yīng)該焊接在Bank6~Bank7上,最大支持內(nèi)存256M,Bank0~Bank5通常焊接一些用于引導(dǎo)系統(tǒng)啟動小容量ROM,具體焊接什么樣存儲器,多大容量,根據(jù)每個開發(fā)板生產(chǎn)商不同而不同,比如MINI2440開發(fā)板將2M的Norflash焊接在了Bank0上,用于存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader,將兩片32M,16Bit位寬SDRAM內(nèi)存焊接在Bank6和Bank7上,并聯(lián)形成64M,32位內(nèi)存。

          由于S3C2440是32位芯片,理論上講可以達(dá)到4GB的尋址范圍,除去上述8個BANK用于連接外部設(shè)備,還有一部分的地址空間是用于設(shè)備特殊功能寄存器,其余地址沒有被使用。

          表2-14 S3C2440設(shè)備寄存器地址空間

          外接設(shè)備

          起始地址

          結(jié)束地址

          存儲控制器

          0x48000000

          0x48000030

          USB Host控制器

          0x49000000

          0x49000058

          中斷控制器

          0x4A000000

          0x4A00001C

          DMA

          0x4B000000

          0x4B0000E0

          時鐘和電源管理

          0x4C000000

          0x4C000014

          LCD控制器

          0x4D000000

          0x4D000060

          NAND FLASH控制器

          0x4E000000

          0x4E000014

          攝像頭接口

          0x4F000000

          0x4F0000A0

          UART

          0x50000000

          0x50008028

          脈寬調(diào)制計(jì)時器

          0x51000000

          0x51000040

          USB設(shè)備

          0x52000140

          0x5200026F

          WATCHDOG計(jì)時器

          0x53000000

          0x53000008

          IIC控制器

          0x54000000

          0x5400000C

          IIS控制器

          0x55000000

          0x55000012

          I/O端口

          0x56000000

          0x560000B0

          實(shí)時時鐘RTC

          0x57000040

          0x5700008B

          A/D轉(zhuǎn)換器

          0x58000000

          0x58000010

          SPI

          0x59000000

          0x59000034

          SD接口

          0x5A000000

          0x5A000040

          AC97音頻編碼接口

          0x5B000000

          0x5B00001C

          1.1.2SDRAM內(nèi)存工作原理

          SDRAM的內(nèi)部是一個存儲陣列。陣列就如同表格一樣,將數(shù)據(jù)“填”進(jìn)去。在數(shù)據(jù)讀寫時和表格的檢索原理一樣,先指定一個行(Row),再指定一個列(Column),我們就可以準(zhǔn)確地找到所需要的單元格,這就是內(nèi)存芯片尋址的基本原理,如圖2-49所示。

          圖2-49內(nèi)存行,列地址尋址示意圖

          這個單元格(存儲陣列)就叫邏輯Bank(Logical Bank,下文簡稱L-Bank)。由于技術(shù)、成本等原因,不可能只做一個全容量的L-Bank,而且最重要的是,由于SDRAM的工作原理限制,單一的L-Ban k將會造成非常嚴(yán)重的尋址沖突,大幅降低內(nèi)存效率。所以人們在SDRAM內(nèi)部分割成多個L-Bank,目前基本都是4個(這也是SDRAM規(guī)范中的最高L-Bank數(shù)量),由此可見,在進(jìn)行尋址時就要先確定是哪個L-Bank,然后在這個選定的L-Bank中選擇相應(yīng)的行與列進(jìn)行尋址。因此對內(nèi)存的訪問,一次只能是一個L-Bank工作。如圖2-50:

          圖2-50內(nèi)存存儲單元

          當(dāng)對內(nèi)存進(jìn)行操作時(見下圖),先要確定操作L-Bank,因此要對L-Bank進(jìn)行選擇。在內(nèi)存芯片的外部管腳上多出了兩個管腳BA0, BA1,用來片選4個L-Bank。如前所述,32位的地址長度由于其存儲結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分成了行地址和列地址。通過下面的內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖可知,內(nèi)存外接管腳地址線只有13根地址線A0~A12,它最多只能尋址8M內(nèi)存空間,到底使用什么機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對64M內(nèi)存空間進(jìn)行尋址的呢?SDRAM的行地址線和列地址線是分時復(fù)用的,即地址要分兩次送出,先送出行地址(nSRAS行有效操作),再送出列地址(nSCAS列有效操作)。這樣,可以大幅度減少地址線的數(shù)目,提高器件的性能和制作工藝復(fù)雜度。但尋址過程也會因此而變得復(fù)雜。實(shí)際上,現(xiàn)在的SDRAM一般都以L-Bank為基本尋址對象的。由L-Bank地址線BAn控制L-Bank間的選擇,行地址線和列地址線貫穿連接所有的L-Bank,每個L-Bank的數(shù)據(jù)的寬度和整個存儲器的寬度相同,這樣,可以加快數(shù)據(jù)的存儲速度。同時,BAn還可以使未被選中的L-Bank工作于低功耗的模式下,從而降低器件的功耗。

          圖2-51 HY57561620內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

          開發(fā)板內(nèi)存控制器管腳接線(以MINI2440開發(fā)板為例):

          (1)確定BA0、BA1的接線

          表2-15 BA0、BA1接線

          Bank Size:外接內(nèi)存容量大?。℉Y57561620是4Mbit*16bit*4Bank*2Chips/8=64MB)

          Bus Width:總線寬度 (兩片16位HY57561620,并聯(lián)成32位)
          Base Component:單個芯片容量(bit)(256Mb)
          Memory Configration:內(nèi)存配置((4M*16*4banks)*2Chips )

          由硬件手冊Bank Address管腳連接配置表可知,使用A[25:24]兩根地址線作為Bank片選信號,正好兩根接線可以片選每個存儲單元的4個BANKS。

          (2)確定其它接線

          SDRAM內(nèi)存是焊接在BANK6~BANK7上的,其焊接管腳,如圖2-52:

          圖2-52 S3C2440 16位寬內(nèi)存芯片

          上圖是S3C2440提供的兩片16位芯片并聯(lián)連接示意圖,An是CPU地址總線,其中A2~A14為內(nèi)存芯片尋址總線,之所以地址尋址總線從A2開始是因?yàn)閮?nèi)存地址都是按字節(jié)對齊的,,A24,A25為L-Bank片選信號,Dn為CPU數(shù)據(jù)總線,其它為對應(yīng)控制信號線。

          表2-16內(nèi)存芯片各管腳說明

          外接管腳名

          內(nèi)接管腳名

          全稱

          描述

          A2~A14

          A0~A12

          Address

          地址線

          D0 ~D31

          DQ0~DQ31

          Data Input/Output

          數(shù)據(jù)線

          A24,A25

          BA0,BA1

          Bank Address

          L-BANK片選信號

          DQM0~DQM3

          LDQM, UDQM

          Data Input/Output Mask

          高,低字節(jié)數(shù)據(jù)掩碼信號

          SCKE

          SCKE

          Clock Enable

          輸入時鐘有效信號

          SCLK

          SCLK

          Clock

          輸入時鐘

          nSCS0

          nSCS

          General Chip Select

          片選信號(它與nGCS6是同一管腳的兩個功能)

          nSRAS

          nSRAS

          Row Address Strobe

          行地址選通信號

          nSCAS

          nSCAS

          Column Address Strobe

          列地址選通信號

          nWE

          newnWE

          Write Enable

          寫入有效信號

          我們通過S3C2440 16位寬內(nèi)存芯片接線圖可以看出,兩片內(nèi)存芯片只有兩個地方不一樣,LDQM, UDQM和數(shù)據(jù)總線DQn接線方式不一樣。

          由于存儲芯片位寬為16位,一次可以進(jìn)行兩個字節(jié)的讀取。但是,通常操作系統(tǒng)里最小尋址單位是1字節(jié),因此內(nèi)存控制器必須要保證可以訪問內(nèi)存里每一個字節(jié)。UDQM,LDQM分別代表16位數(shù)據(jù)的高,低字節(jié)讀取信號,

          當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時,LDQM /UDQM分別用來控制16位數(shù)據(jù)中高低字節(jié)能否被讀取,當(dāng)LDQM /UDQM為低電平時,對應(yīng)的高/低字節(jié)就可以被讀取,如果LDQM /UDQM為高電平時,對應(yīng)的高/低字節(jié)就不能被讀取。

          當(dāng)向內(nèi)存里寫入數(shù)據(jù)時,LDQM /UDQM控制數(shù)據(jù)能否被寫入,當(dāng)LDQM /UDQM為低電平時,對應(yīng)的高/低字節(jié)就可以被寫入,如果LDQM /UDQM為高電平時,對應(yīng)的高/低字節(jié)就不能被寫入。通過對LDQM /UDQM信號的控制可以控制對兩個存儲芯片存儲數(shù)據(jù),由于兩個存儲單元的地址線是通用的,他們都能接收到CPU發(fā)出的地址信號,但是,發(fā)給兩個存儲單元的LDQM /UDQM信號是不同的,以此來區(qū)分一個字的高低字節(jié)。

          S3C2440A為32位CPU,也就是說其數(shù)據(jù)總線和地址總線寬度都是32位(可以理解為32根線一端連接CPU內(nèi)部,另外一端連接向內(nèi)存控制器),那么內(nèi)存數(shù)據(jù)的輸入/輸出端也要保證是32位總線,MINI2440上采用兩片16位寬總線內(nèi)存芯片并聯(lián)構(gòu)成32位總線。其中一個芯片連接到CPU數(shù)據(jù)總線的低16位,另外一個芯片連接到數(shù)據(jù)總線上的高16位,并聯(lián)成32位總線,因此兩個芯片的輸入/輸出總線連接到CPU總線上的不同管腳上。

          1.1.3SDRAM的讀操作

          SDRAM進(jìn)行讀操作時,先向地址線上送上要讀取數(shù)據(jù)的地址,通過前面的知識了解到,地址被分成3部分,行地址,列地址,L-Bank片選信號。片選(L-Bank的定址)操作和行有效操作可以同時進(jìn)行。

          在CS、L-Bank定址的同時,RAS(nSRAS行地址選通信號)也處于有效狀態(tài)。此時An地址線則發(fā)送具體的行地址。A0~A12,共有13根地址線(可表示8192行),A0~A12的不同數(shù)值就確定了具體的行地址。由于行有效的同時也是相應(yīng)L-Bank有效,所以行有效也可稱為L-Bank有效。

          行地址確定之后,就要對列地址進(jìn)行尋址了。但是,地址線仍然是行地址所用的A0~A12。沒錯,在SDRAM中,行地址與列地址線是復(fù)用的。列地址復(fù)用了A0~A8,共9根(可表示512列)。那么,讀/寫的命令是怎么發(fā)出的呢?其實(shí)沒有一個信號是發(fā)送讀或?qū)懙拿鞔_命令的,而是通過芯片的可寫狀態(tài)的控制來達(dá)到讀/寫的目的。顯然WE信號(nWE)就是一個關(guān)鍵。WE無效時,當(dāng)然就是讀取命令。有效時,就是寫命令。

          SDRAM基本操作命令,通過各種控制/地址信號的組合來完成(H代表高電平,L代表低電平,X表示高,低電平均沒有影響)。此表中,除了自刷新命令外,所有命令都是默認(rèn)CKE(SCKEl輸入時鐘頻率有效)有效。列尋址信號與讀寫命令是同時發(fā)出的。雖然地址線與行尋址共用,但CAS(nSCAS列地址選通信號)信號則可以區(qū)分開行與列尋址的不同,配合A0~A8,A9~A11來確定具體的列地址。

          讀取命令與列地址一塊發(fā)出(當(dāng)WE為低電平是即為寫命令)然而,在發(fā)送列讀寫命令時必須要與行有效命令有一個間隔,這個間隔被定義為tRCD,即RAS to CAS Delay(RAS至CAS延遲),這個很好理解,在地址線上送完行地址之后,要等到行地址穩(wěn)定定位后再送出列地址,tRCD是SDRAM的一個重要時序參數(shù),相關(guān)數(shù)值參看對應(yīng)芯片硬件手冊。通常tRCD以時鐘周期(tCK,Clock Time)數(shù)為單位,比如筆者M(jìn)INI2440所用內(nèi)存芯片里面寫到tRCD為20nst,如果將來內(nèi)存工作在100MHz,那么RCD至少要為2個時鐘周期,RCD=2。

          圖2-53SDRAM讀操作時序圖

          在選定列地址后,就已經(jīng)確定了具體的存儲單元,剩下就是等待數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)I/O通道(DQ)輸出到內(nèi)存數(shù)據(jù)總線上了。但是在列地址選通信號CAS發(fā)出之后,仍要經(jīng)過一定的時間才能有數(shù)據(jù)輸出,從CAS與讀取命令發(fā)出到第一筆數(shù)據(jù)輸出的這段時間,被定義為CL(CAS Latency,CAS潛伏期)。由于CL只在讀取時出現(xiàn),所以CL又被稱為讀取潛伏期(RL,Read Latency)。CL的單位與tRCD一樣,也是時鐘周期數(shù),具體耗時由時鐘頻率決定(筆者官方手冊CL=3)。不過,CAS并不是在經(jīng)過CL周期之后才送達(dá)存儲單元。實(shí)際上CAS與RAS一樣是瞬間到達(dá)的。由于芯片體積的原因,存儲單元中的電容容量很小,所以信號要經(jīng)過放大來保證其有效的識別性,這個放大/驅(qū)動工作由S-AMP負(fù)責(zé)。但它要有一個準(zhǔn)備時間才能保證信號的發(fā)送強(qiáng)度,這段時間我們稱之為tAC(Access Time from CLK,時鐘觸發(fā)后的訪問時間)。

          1.1.4SDRAM預(yù)充電操作

          從存儲體的結(jié)構(gòu)圖上可以看出,原本邏輯狀態(tài)為1的電容在讀取操作后,會因放電而變?yōu)檫壿?。由于SDRAM的尋址具有獨(dú)占性,所以在進(jìn)行完讀寫操作后,如果要對同一L-Bank的另一行進(jìn)行尋址,就要將原先操作行關(guān)閉,重新發(fā)送行/列地址。在對原先操作行進(jìn)行關(guān)閉時,DRAM為了在關(guān)閉當(dāng)前行時保持?jǐn)?shù)據(jù),要對存儲體中原有的信息進(jìn)行重寫,這個充電重寫和關(guān)閉操作行過程叫做預(yù)充電,發(fā)送預(yù)充電信號時,意味著先執(zhí)行存儲體充電,然后關(guān)閉當(dāng)前L-Bank操作行。預(yù)充電中重寫的操作與刷新操作(后面詳細(xì)介紹)一樣,只不過預(yù)充電不是定期的,而只是在讀操作以后執(zhí)行的。

          1.1.5SDRAM突發(fā)操作

          突發(fā)(Burst)是指在同一行中相鄰的存儲單元連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?,連續(xù)傳輸所涉及到存儲單元(列)數(shù)量就是突發(fā)長度(Burst Length,簡稱BL)。

          在目前,由于內(nèi)存控制器一次讀/寫P-Bank位寬的數(shù)據(jù),也就是8個字節(jié),但是在現(xiàn)實(shí)中小于8個字節(jié)的數(shù)據(jù)很少見,所以一般都要經(jīng)過多個周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,上文寫到的讀/寫操作,都是一次對一個存儲單元進(jìn)行尋址,如果要連續(xù)讀/寫,還要對當(dāng)前存儲單元的下一單元進(jìn)行尋址,也就是要不斷的發(fā)送列地址與讀/寫命令(行地址不變,所以不用再對地尋址)。雖然由于讀/寫延遲相同可以讓數(shù)據(jù)傳輸在I/O端是連續(xù)的,但是它占用了大量的內(nèi)存控制資源,在數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)傳輸時無法輸入新的命令效率很低。為此,引入了突發(fā)傳輸機(jī)制,只要指定起始列地址與突發(fā)長度,內(nèi)存就會依次自動對后面相應(yīng)長度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行讀/寫操作而不再需要控制器連續(xù)地提供列地址,這樣,除了第一筆數(shù)據(jù)的傳輸需要若干個周期(主要是之間的延遲,一般的是tRCD + CL)外,其后每個數(shù)據(jù)只需一個周期即可。

          總結(jié)下:

          SDRAM的基本讀操作需要控制線和地址線相配合地發(fā)出一系列命令來完成。先發(fā)出芯片有效命令(ACTIVE),并鎖定相應(yīng)的L-BANK地址(BA0、BA1給出)和行地址(A0~A12給出)。芯片激活命令后必須等待大于tRCD(SDRAM的RAS到CAS的延遲指標(biāo))時間后,發(fā)出讀命令。CL(CAS延遲值)個時鐘周期后,讀出數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。在讀操作的最后,要向SDRAM發(fā)出預(yù)充電(PRECHARGE)命令,以關(guān)閉已經(jīng)激活的L-BANK。等待tRP時間(PRECHAREG命令后,相隔tRP時間,才可再次訪問該行)后,可以開始下一次的讀、寫操作。SDRAM的讀操作支持突發(fā)模式(Burst Mode),突發(fā)長度為1、2、4、8可選。

          1.1.6SDRAM寫操作

          SDRAM的基本寫操作也需要控制線和地址線相配合地發(fā)出一系列命令來完成。先發(fā)出芯片有效命令,并鎖定相應(yīng)的L-BANK地址(BA0、BA1給出)和行地址(A0~A12給出)。芯片有效命令發(fā)出后必須等待大于tRCD的時間后,發(fā)出寫命令數(shù)據(jù),待寫入數(shù)據(jù)依次送到DQ(數(shù)據(jù)線)上。在最后一個數(shù)據(jù)寫入后,延遲tWR時間。發(fā)出預(yù)充電命令,關(guān)閉已經(jīng)激活的頁。等待tRP時間后,可以展開下一次操作。寫操作可以有突發(fā)寫和非突發(fā)寫兩種。突發(fā)長度同讀操作。

          圖2-54 SDRAM寫操作時序圖

          1.1.7SDRAM的刷新

          SDRAM之所以成為DRAM就是因?yàn)樗粩噙M(jìn)行刷新(Refresh)才能保留住數(shù)據(jù),因此它是SDRAM最重要的操作。

          刷新操作與預(yù)充電中重寫的操作一樣,都是用S-AMP先讀再寫。但為什么有預(yù)充電操作還要進(jìn)行刷新呢?因?yàn)轭A(yù)充電是對一個或所有L-Bank中的工作行操作,并且是不定期的,而刷新則是有固定的周期,依次對所有行進(jìn)行操作,以保留那些很長時間沒經(jīng)歷重寫的存儲體中的數(shù)據(jù)。但與所有L-Bank預(yù)充電不同的是,這里的行是指所有L-Bank中地址相同的行,而預(yù)充電中各L-Bank中的工作行地址并不是一定是相同的。那么要隔多長時間重復(fù)一次刷新呢?目前公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是,存儲體中電容的數(shù)據(jù)有效保存期上限是64ms(毫秒,1/1000秒),也就是說每一行刷新的循環(huán)周期是64ms。這樣刷新時間間隔就是:64m/行數(shù)s。我們在看內(nèi)存規(guī)格時,經(jīng)常會看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 Refresh Cycles/64ms的標(biāo)識,這里的4096與8192就代表這個芯片中每個L-Bank的行數(shù)。刷新命令一次對一行有效,刷新間隔也是隨總行數(shù)而變化,4096行時為15.625μs(微秒,1/1000毫秒),8192行時就為7.8125μs。刷新操作分為兩種:Auto Refresh,簡稱AR與Self Refresh,簡稱SR。不論是何種刷新方式,都不需要外部提供行地址信息,因?yàn)檫@是一個內(nèi)部的自動操作。對于AR,SDRAM內(nèi)部有一個行地址生成器(也稱刷新計(jì)數(shù)器)用來自動的依次生成行地址。由于刷新是針對一行中的所有存儲體進(jìn)行,所以無需列尋址,或者說CAS在RAS之前有效。所以,AR又稱CBR(CAS Before RAS,列提前于行定位)式刷新。由于刷新涉及到所有L-Bank,因此在刷新過程中,所有L-Bank都停止工作,而每次刷新所占用的時間為9個時鐘周期(PC133標(biāo)準(zhǔn)),之后就可進(jìn)入正常的工作狀態(tài),也就是說在這9個時鐘期間內(nèi),所有工作指令只能等待而無法執(zhí)行。64ms之后則再次對同一行進(jìn)行刷新,如此周而復(fù)始進(jìn)行循環(huán)刷新。顯然,刷新操作肯定會對SDRAM的性能造成影響,但這是沒辦法的事情,也是DRAM相對于SRAM(靜態(tài)內(nèi)存,無需刷新仍能保留數(shù)據(jù))取得成本優(yōu)勢的同時所付出的代價。SR則主要用于休眠模式低功耗狀態(tài)下的數(shù)據(jù)保存,這方面最著名的應(yīng)用就是STR(Suspend to RAM,休眠掛起于內(nèi)存)。在發(fā)出AR命令時,將CKE置于無效狀態(tài),就進(jìn)入了SR模式,此時不再依靠系統(tǒng)時鐘工作,而是根據(jù)內(nèi)部的時鐘進(jìn)行刷新操作。在SR期間除了CKE之外的所有外部信號都是無效的(無需外部提供刷新指令),只有重新使CKE有效才能退出自刷新模式并進(jìn)入正常操作狀態(tài)。

          SDRAM相關(guān)寄存器:

          (1)BWSCON寄存器(BUS WIDTH & WAIT CONTROL REGISTER)

          表2-17 SDRAM控制寄存器(BWSCON)

          根據(jù)開發(fā)板的存儲器配置和芯片型號,設(shè)置每個BANK焊接芯片的位寬和等待狀態(tài)

          BWSCON,每4位對應(yīng)一個BANK,這4位分別表示:

          lSTx:啟動/禁止SDRAM的數(shù)據(jù)掩碼引腳(UB/LB),SDRAM沒有高低位掩碼引腳,此位為0,SRAM連接有UB/LB管腳,設(shè)置為1

          注:UB/LB數(shù)據(jù)掩碼引腳用來控制芯片讀取/寫入的高字節(jié)和低字節(jié)(對比硬件手冊SDRAM和SRAM的接線圖)

          lWSx:是否使用存儲器的WAIT信號,通常設(shè)為0

          lDWx:設(shè)置焊接存儲器芯片的位寬,筆者開發(fā)板使用兩片容量為32M,位寬為16的SDRAM組成64M,32位存儲器,因此DW7,DW6位設(shè)置為0b10,其它BANK不用設(shè)置采用默認(rèn)值即可。

          lBANK0對應(yīng)的是系統(tǒng)引導(dǎo)BANK,這4位比較特殊,它的設(shè)置是由硬件跳線決定的,因此不用設(shè)置

          lBWSCON設(shè)置結(jié)果:0x22000000

          (2)BANKCON0~BANKCON5 (BANK CONTROL REGISTER)

          表2-18 BANKCON0~BANKCON5控制寄存器(BANKCON0~BANKCON5)

          這6個寄存器用來設(shè)置對應(yīng)BANK0~BANK5的訪問時序,采用默認(rèn)值0x700即可

          (3)BANKCON6~BANKCON7 (BANK CONTROL REGISTER)

          表2-19 BANKCON6~BANKCON7控制寄存器(BANKCON6~BANKCON7)

          由于內(nèi)存都焊接在這兩個BANK上,因此內(nèi)存驅(qū)動主要是對這兩個寄存器進(jìn)行設(shè)置

          lMT:設(shè)置BANK6~BANK7的存儲器類型,

          00=ROM or SRAM 01=保留

          10=保留11=SDRAM

          內(nèi)存為SDRAM,設(shè)置為0b11,對應(yīng)的應(yīng)該設(shè)置Trcd和SCAN位,其它位和SDRAM無關(guān)

          lTrcd:RAS to CAS Delay行地址選通到列地址選通延遲,這個參數(shù)請看后面的內(nèi)存工作原理擴(kuò)展部分解釋,筆者內(nèi)存芯片為HY57V561620,由其芯片手冊可知其Trcd為最少20ns,如果內(nèi)存工作在100MHz,則該值至少要為2個時鐘周期,通常設(shè)置為3個時鐘周期,因此設(shè)置為0b01

          lSCAN:SDRAM Column Address Number SDRAM的列地址數(shù),筆者內(nèi)存芯片為HY57V561620,列地址數(shù)為9,設(shè)置為0b01

          lBANK6,BANK7設(shè)置結(jié)果為:0x18005

          (4)REFRESH (REFRESH CONTROL REGISTER)

          表2-20刷新頻率設(shè)置寄存器(REFRESH)

          SDRAM的刷新有效,刷新頻率設(shè)置寄存器(刷新)

          lREFEN:開啟/關(guān)閉刷新功能,設(shè)置為1,開啟刷新

          lTREFMD:SDRAM刷新模式,0=CBR/AutoRefresh,1=Self Refresh,設(shè)置為0,自動刷新

          lTrp:行地址選通預(yù)充電時間,一般設(shè)置為0b00即可

          lTsrc:單行刷新時間,設(shè)置為0b11即可。

          lRefresh Counter:內(nèi)存存儲單元刷新數(shù),它通過下面公式計(jì)算出:

          Refresh Counter = 2^11 + 1 – SDRAM時鐘頻率(MHz)* SDRAM刷新周期(uS)

          SDRAM的刷新周期,也就是內(nèi)存存儲單元間隔需要多久進(jìn)行一次刷新,前面內(nèi)存工作原理分析可知電容數(shù)據(jù)保存上限為64ms,筆者使用內(nèi)存芯片每個L-Bank共有8192行,因此每次刷新最大間隔為:64ms/8192 = 7.8125uS,如果內(nèi)存工作在外部晶振頻率12MHz下,Refresh Counter = 1955,如果內(nèi)存工作在100MHz下,那么Refresh Counter = 1269(取大整數(shù))

          lREFRESH寄存器設(shè)置為:

          0x8e0000 + 1269 = 0x008e04f5(HCLK = 100MHz)

          0x8e0000 + 1955 = 0x008e07a3(HCLK = 12MHz)

          (5)BANKSIZE寄存器(BANKSIZE REGISTER)

          表2-21 BANKSIZE寄存器(BANKSIZE)

          設(shè)置內(nèi)存的突發(fā)傳輸模式,省電模式和內(nèi)存容量。

          lBURST_EN:是否開啟突發(fā)模式,0 = ARM內(nèi)核禁止突發(fā)傳輸1 =開啟突發(fā)傳輸,設(shè)置為1,開啟突發(fā)傳輸

          lSCKE_EN:是否使用SCKE信號作為省電模式控制信號,0 =不使用SCKE信號作為省電模式控制信號1 =使用SCKE信號作為省電模式控制信號,通常設(shè)置為1

          lSCLK_EN: 設(shè)置向存儲器輸入工作頻率,0 =一直輸入SCLK頻率,即使沒有內(nèi)存操作也會輸入,1 =僅當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存數(shù)據(jù)操作時才輸入SCLK頻率,通常設(shè)置為1

          lBK76MAP:設(shè)置Bank6/7的內(nèi)存容量,筆者使用開發(fā)板內(nèi)存為兩片32M內(nèi)存芯片并聯(lián)成64M,它們?nèi)慷纪饨拥紹ank6上,因此選擇0b001

          lBANKSIZE寄存器設(shè)置為:0xb1

          (6)SDRAM模式設(shè)置寄存器MRSRx (SDRAM MODE REGISTER SET REGISTER)

          表2-22 SDRAM模式設(shè)置寄存器(MRSRx)

          該寄存器用于設(shè)置CAS潛伏周期,可以手動設(shè)置的位只有CL[6:4]位,通過前面內(nèi)存工作原理可知,筆者使用開發(fā)板CL=3,即0b011

          lMRSR6,MRSR7設(shè)置為:0x00000030

          1.1.8內(nèi)存驅(qū)動實(shí)驗(yàn)

          設(shè)置該工程加載時運(yùn)行時地址為0x30000000,如圖2-55所示:

          圖2-55設(shè)置加載時運(yùn)行時地址

          init.s:本程序文件主要實(shí)現(xiàn)了,關(guān)閉看門狗,初始化內(nèi)存,拷貝ROM數(shù)據(jù)到內(nèi)存中,然后跳往內(nèi)存中執(zhí)行xmain函數(shù),從xmain函數(shù)返回之后,將全部led點(diǎn)亮,進(jìn)入死循環(huán)。

          ;

          ;內(nèi)存初始化實(shí)驗(yàn)

          ;

          AREA Init, CODE, READONLY

          ENTRY

          start

          ; close watchdog

          ldr r0, = 0x53000000;將看門狗控制寄存器地址放入r0

          mov r1, #0

          str r1, [r0];設(shè)置看門狗控制寄存器的值為0

          bl initmem;跳轉(zhuǎn)到initmem代碼段,初始化內(nèi)存

          bl copyall;跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)拷貝代碼段,將ROM中數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存中

          IMPORT xmain;引入main.c中的xmain函數(shù)

          ldr sp, =0x34000000;調(diào)用C程序之前先初始化棧指針

          ldr lr, =endxmain;設(shè)置xmain函數(shù)的返回地址

          ldr pc, =xmain;跳轉(zhuǎn)到C程序中的xmain函數(shù)的入口處執(zhí)行

          endxmain

          ldr r0, =0x56000010; LED的GPIO接口配置寄存器

          ldr r1, =0x00015400; GPIO配置數(shù)據(jù)

          str r1, [r0];設(shè)置GPIO

          ldr r0, =0x56000014; LED控制寄存器地址

          ldr r1, =0x0;全部LED亮

          str r1,[r0]

          loop

          b loop;死循環(huán)

          copyall

          IMPORT |Image$$RO$$Base|;引入編譯器Image$$RO$$Base符號變量

          IMPORT |Image$$RW$$Limit|;引入編譯器Image$$RW$$Limit符號變量

          ldr r0, = |Image$$RO$Base|;取得Image$$RO$Base域基址的值

          ldr r1, = |Image$$RW$$Limit|;取得Image$$RW$Base域結(jié)束地址的值

          ldr r2, =0x0;數(shù)據(jù)拷貝源地址

          copyallloop

          teq r0,r1;測試是否拷貝完成

          beq quitcopyallloop;拷貝完成,跳往quitcopyallloop退出

          ldr r3, [r2], #4;四字節(jié)加載

          str r3, [r0], #4;四字節(jié)存儲

          b copyallloop;返回繼續(xù)執(zhí)行

          quitcopyallloop

          mov pc, lr;調(diào)用返回

          initmem;內(nèi)存初始化

          ldr r0, =0x48000000;加載內(nèi)存相關(guān)寄存器首地址r0

          ldr r1, =0x48000034;加載內(nèi)存相關(guān)寄存器尾地址到r1

          adr r2, memdata;將寄存器配置數(shù)據(jù)地址段首地址加載到r2

          initmemloop

          ldr r3, [r2], #4;循環(huán)設(shè)置存寄存器

          str r3, [r0], #4

          teq r0, r1

          bne initmemloop;循環(huán)到最后一個寄存器時退出函數(shù)

          mov pc,lr

          memdata

          DCD0x22000000;BWSCON

          DCD0x00000700;BANKCON0

          DCD0x00000700;BANKCON1

          DCD0x00000700;BANKCON2

          DCD0x00000700;BANKCON3

          DCD0x00000700;BANKCON4

          DCD0x00000700;BANKCON5

          DCD0x00018005;BANKCON6

          DCD0x00018005;BANKCON7

          DCD0x008e07a3;REFRESH

          DCD0x000000b1;BANKSIZE

          DCD0x00000030;MRSRB6

          DCD0x00000030;MRSRB7

          END

          main.c:本程序文件主要實(shí)現(xiàn)led燈的初始化,然后四個led燈循環(huán)滾動亮5遍,xmain函數(shù)返回。

          /* C語言函數(shù)*/

          /*端口F寄存器預(yù)定義*/

          #defineGPBCON(*(volatile unsigned long *)0x56000010)

          #defineGPBDAT(*(volatile unsigned long *)0x56000014)

          #defineLEDS(1<<5|1<<6|1<<7|1<<8)

          #defineDELAYVAL(0x1ffff)

          extern int delay(int time);/*聲明外部聲明匯編函數(shù)*/

          int i = 5;

          int xmain()

          {

          GPBCON= 0x00015400;//GPF4--GPF7設(shè)置為output

          while(i > 0) {

          //第一個LED燈亮

          GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<6|1<<7|1<<8);

          delay(DELAYVAL);//調(diào)用匯編語言編寫的延時程序

          //第二個LED燈亮

          GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<7|1<<8);

          delay(DELAYVAL);//調(diào)用匯編語言編寫的延時程序

          //第三個LED燈亮

          GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<8);

          delay(DELAYVAL);//調(diào)用匯編語言編寫的延時程序

          //第四個LED燈亮

          GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<7);

          delay(DELAYVAL);//調(diào)用匯編語言編寫的延時程序

          i--;

          }

          return 0;

          }

          delay.s:本程序文件主要通常匯編來實(shí)現(xiàn)延時功能。

          ;匯編指令延時程序

          EXPORT delay

          AREADELAY,CODE,READONLY;該偽指令定義了一個代碼段,段名為Init,屬性只讀

          ;下面是延遲子程序

          delay

          sub r0,r0,#1;r0=r0-1

          cmp r0,#0x0;將r0的值與0相比較

          bne delay;比較的結(jié)果不為0(r0不為0),繼續(xù)調(diào)用delay,否則執(zhí)行下一條語句

          mov pc,lr;返回

          END;程序結(jié)束符

          內(nèi)存的初始化也可以用下面的C程序?qū)崿F(xiàn):

          C語言版本:

          #defineMEM_CTL_BASE0x48000000

          #defineMEM_CTL_END0x48000034

          /* SDRAM 13個寄存器的值*/

          unsigned longconstmem_cfg_val[]={//聲明數(shù)組存放內(nèi)存控制器設(shè)置數(shù)據(jù)

          0x22000000,//BWSCON

          0x00000700,//BANKCON0

          0x00000700,//BANKCON1

          0x00000700,//BANKCON2

          0x00000700,//BANKCON3

          0x00000700,//BANKCON4

          0x00000700,//BANKCON5

          0x00018005,//BANKCON6

          0x00018005,//BANKCON7

          0x008e07a3,//REFRESH(HCLK = 12MHz,該值為0x008e07a3

          //HCLK = 100MHz 0x008e04f5)

          0x000000b1,//BANKSIZE

          0x00000030,//MRSRB6

          0x00000030,//MRSRB7

          };

          void mem_init(void)

          {

          inti = 0;

          unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

          for(; i < (MEM_CTL_END - MEM_CTL_BASE)/4; i++)

          p[i] = mem_cfg_val[i];

          }




          關(guān)鍵詞: S3C2440SDRAM驅(qū)

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