SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)也就是通常所说的内存。内存的工作原理、控制时序、及相关控制器的配置方法一直是嵌入式系统学习、开发过程中的一个难点。我们从其硬件的角度来分析其原理,然后再引出SDRAM的驱动编写过程。
内存是代码的执行空间,以PC机为例,程序是以文件的形式保存在硬盘里面的,程序在运行之前先由操作系统装载入内存中,由于内存是RAM(随机访问存储器),可以通过地址去定位一个字节的数据,CPU在执行程序时将PC的值设置为程序在内存中的开始地址, CPU会依次的从内存里取址,译码,执行,在内存没有被初始化之前,内存好比是未建好的房子,是不能读取和存储数据的,因此我们要想让MTOS运行在内存里必须进行内存的初始化。
通用存储设备:
在介绍内存工作原理之前有必要了解下存储设备的存储方式:ROM,RAM
l ROM(Read-Only Memory):只读存储器,是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中,资料并且不会因为电源关闭而消失。如:PC里面的BIOS。
l RAM(Random Access Memory) :随机访问存储器,存储单元的内容可按需随意取出或存入,且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。可以理解为,当你给定一个随机有效的访问地址,RAM会返回其存储内容(随机寻址),它访问速度与地址的无关。这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要用于存储短时间内随机访问使用的程序。计算机系统里内存地址是一个四字节对齐的地址(32位机),CPU的取指,执行,存储都是通过地址进行的,因此它可以用来做内存。
RAM按照硬件设计的不同,随机存储器又分为DRAM(Dynamic RAM)动态随机存储器和SRAM(Static RAM) 静态随机存储器。
l DRAM:它的基本原件是小电容,电容可以在两个极板上短时间内保留电荷,可以通过两极之间有无电压差代表计算机里的0和1,由于电容的物理特性,要定期的为其充电,否则数据会丢失。对电容的充电过程叫做刷新,但是制作工艺较简单,体积小,便于集成化,经常做为计算机里内存制作原件。比如:PC的内存,SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等,缺点:由于要定期刷新存储介质,存取速度较慢。
l SRAM:它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。因此其存取速度快,但是体积较大,功耗大,成本高,常用作存储容量不高,但存取速度快的场合,比如CPU的L1 cache,L2cache(一级,二级缓存) ,寄存器。
为了满足开发的需要MINI2440在出厂时搭载了三种存储介质:
(1)NOR FLASH(2M):ROM存储器,通常用来保存BootLoader,引导系统启动
(2)NAND FLASH(256M,型号不一样,Nandflash大小不一样):保存操作系统映像文件和文件系统
(3)SDRAM(64M):内存,执行程序
l NORFLASH:它的特点是支持XIP芯片内执行(eXecute In Place),这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中,也就是说可以随机寻址。NOR FLASH的成本较高。
l NAND FLASH:它能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。其成本较低,不支持XIP。可做嵌入式里的数据存储介质。如:手机存储卡,SD卡等。
S3C2440对外引出了27根地址线ADDR0~ADDR26,它最多能够寻址128MB,而S3C2440的寻址空间可以达到1GB,这是由于S3C2440将1GB的地址空间分成了8个BANKS(Bank0~Bank7),其中每一个BANK对应一根片选信号线nGCS0~nGCS7,当访问BANKx的时候,nGCSx管脚电平拉低,用来选中外接设备, S3C2440通过8根选信号线和27根地址线,就可以访问1GB。如图2-48所示。
图2-48 S3C2440存储器BANK
如图所示,左侧图对应不使用Nandflash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Norflash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Nandflash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MINI2440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和Bank7上,并联形成64M,32位内存。
由于S3C2440是32位芯片,理论上讲可以达到4GB的寻址范围,除去上述8个BANK用于连接外部设备,还有一部分的地址空间是用于设备特殊功能寄存器,其余地址没有被使用。
表2-14 S3C2440设备寄存器地址空间
外接设备 | 起始地址 | 结束地址 |
存储控制器 | 0x48000000 | 0x48000030 |
USB Host控制器 | 0x49000000 | 0x49000058 |
中断控制器 | 0x4A000000 | 0x4A00001C |
DMA | 0x4B000000 | 0x4B0000E0 |
时钟和电源管理 | 0x4C000000 | 0x4C000014 |
LCD控制器 | 0x4D000000 | 0x4D000060 |
NAND FLASH控制器 | 0x4E000000 | 0x4E000014 |
摄像头接口 | 0x4F000000 | 0x4F0000A0 |
UART | 0x50000000 | 0x50008028 |
脉宽调制计时器 | 0x51000000 | 0x51000040 |
USB设备 | 0x52000140 | 0x5200026F |
WATCHDOG计时器 | 0x53000000 | 0x53000008 |
IIC控制器 | 0x54000000 | 0x5400000C |
IIS控制器 | 0x55000000 | 0x55000012 |
I/O端口 | 0x56000000 | 0x560000B0 |
实时时钟RTC | 0x57000040 | 0x5700008B |
A/D转换器 | 0x58000000 | 0x58000010 |
SPI | 0x59000000 | 0x59000034 |
SD接口 | 0x5A000000 | 0x5A000040 |
AC97音频编码接口 | 0x5B000000 | 0x5B00001C |
SDRAM的内部是一个存储阵列。阵列就如同表格一样,将数据“填”进去。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),我们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,如图2-49所示。
图2-49内存行,列地址寻址示意图
这个单元格(存储阵列)就叫逻辑 Bank(Logical Bank,下文简称 L-Bank)。 由于技术、成本等原因,不可能只做一个全容量的 L-Bank,而且最重要的是,由于 SDRAM的工作原理限制,单一的 L-Ban k将会造成非常严重的寻址冲突,大幅降低内存效率。所以人们在 SDRAM内部分割成多个 L-Bank,目前基本都是 4个(这也是SDRAM规范中的最高L-Bank数量),由此可见,在进行寻址时就要先确定是哪个 L-Bank,然后在这个选定的 L-Bank中选择相应的行与列进行寻址。因此对内存的访问,一次只能是一个 L-Bank工作。如图2-50:
图2-50内存存储单元
当对内存进行操作时(见下图),先要确定操作L-Bank,因此要对L-Bank进行选择。在内存芯片的外部管脚上多出了两个管脚BA0, BA1,用来片选4个L-Bank。如前所述, 32位的地址长度由于其存储结构特点,分成了行地址和列地址。通过下面的内存结构图可知,内存外接管脚地址线只有13根地址线A0~A12,它最多只能寻址8M内存空间,到底使用什么机制来实现对64M内存空间进行寻址的呢?SDRAM的行地址线和列地址线是分时复用的,即地址要分两次送出,先送出行地址(nSRAS行有效操作),再送出列地址(nSCAS列有效操作)。这样,可以大幅度减少地址线的数目,提高器件的性能和制作工艺复杂度。但寻址过程也会因此而变得复杂。实际上,现在的SDRAM一般都以L-Bank为基本寻址对象的。由L-Bank地址线BAn控制L-Bank间的选择,行地址线和列地址线贯穿连接所有的L-Bank,每个L-Bank的数据的宽度和整个存储器的宽度相同,这样,可以加快数据的存储速度。同时,BAn还可以使未被选中的L-Bank工作于低功耗的模式下,从而降低器件的功耗。
图2-51 HY57561620内部结构图
开发板内存控制器管脚接线(以MINI2440开发板为例):
(1)确定BA0、BA1的接线
表2-15 BA0、BA1接线
Bank Size: 外接内存容量大小(HY57561620是4Mbit*16bit*4Bank*2Chips/8=64MB)
Bus Width: 总线宽度 (两片16位HY57561620,并联成32位)
Base Component:单个芯片容量(bit)(256Mb)
Memory Configration:内存配置 ((4M*16*4banks)*2Chips )
由硬件手册Bank Address管脚连接配置表可知,使用A[25:24]两根地址线作为Bank片选信号,正好两根接线可以片选每个存储单元的4个BANKS。
(2)确定其它接线
SDRAM内存是焊接在BANK6~BANK7上的,其焊接管脚,如图2-52:
图2-52 S3C2440 16位宽内存芯片
上图是S3C2440提供的两片16位芯片并联连接示意图,An是CPU地址总线,其中A2~A14为内存芯片寻址总线,之所以地址寻址总线从A2开始是因为内存地址都是按字节对齐的,,A24,A25为L-Bank片选信号,Dn为CPU数据总线,其它为对应控制信号线。
表2-16 内存芯片各管脚说明
外接管脚名 | 内接管脚名 | 全称 | 描述 |
A2~A14 | A0~A12 | Address | 地址线 |
D0 ~D31 | DQ0~DQ31 | Data Input/Output | 数据线 |
A24,A25 | BA0,BA1 | Bank Address | L-BANK片选信号 |
DQM0~DQM3 | LDQM, UDQM | Data Input/Output Mask | 高,低字节数据掩码信号 |
SCKE | SCKE | Clock Enable | 输入时钟有 |
『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』