2019年04月27日 | ARM7存储器结构及外扩flash

一．存储器的字与半字

1.从偶数地址开始的连续的两个字节构成一个半字。

2.能被4整除的地址的连续4个字阶构成一个字

ARM指令的长度刚好是一个字，Thumb指令的长度刚好是一个半字

二．存储器的存储方式（半字对齐，字对齐）

1.半字对齐：存放一个数据的地址如果能被二整除，则它是半字对齐。反之，则是非半字对齐。

2.字对齐：存放一个数据的地址如果能被四整除，则它是字对齐。否则，它是非字对齐。

        ARM7的S3C44B0内部没有RAM和ROM，只有一个8KB的Cache（其实质是用SRAM组成的一种高速缓冲存储器），未用的Cache空间可以用作0KB/4KB/8KB的SRAM空间。

        S3C44B0内存为256MB，分为8个BANK，每个32MB，25根地址线，ADDR[24..0]，寻址范围是2^25，即32MB，这就是每个bank32MB的由来。然后他还另外有8个选通信号，就是分别选择8个bank的，nGCS[7..0]，那么一共就是32MB * 8个bank = 256MB，或者你可以认为这8根选通线是由更高位地址ADDR[27..25]经过74HC138做3-8线译码得到的，那么一共有28根地址线（低25位引出来了，高3位做译码去了）寻址2^28 = 256MB。

        每个BANK的32MB是固定的，即32M*8bit，若是采用16位存储器，则最多可寻址16M*16bit，也可以在1个BANK的32MB中只放2MB的存储器，若采用16位存储器，则寻址1M*16bit。

        flash连接CPU时，根据不同的数据宽度，比如16位的NOR FLASH （A0－A19），处理器的地址线要（A1－A20）左移偏1位。为什么要偏1位？

        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。这是肯定的，不要怀疑这点。

        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NOR FLASH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。

         现在的连线是：CPU的（A1－A20）接到 16位的NOR FLASH （A0－A19），即CPU的A0不接──这说明：不管A0是0还是1，NOR FLASH接收到的地址是一样的。CPU发出地址0bxxxxxxxxx0、0bxxxxxxxxx1时，NOR FLASH看到的都是0bxxxxxxxxx，返回给“Memory Controller”的都是同一个16位数据。再由“Memory Controller”选择其中的低8位或高8位给CPU。“Memory Controller”会帮助我们做这些事情，举例为证：

1. 软件要读取地址0上的8位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000000

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据的低8位返回给CPU，这就是一个8位数据。

2. 软件要读取地址1上的8位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000001的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000000

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据的高8位(注意，前面的低8位)返回给CPU，这就是一个8位数据。

3. 软件要读取地址2上的8位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000001

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据的低8位返回给CPU，这就是一个8位数据。

4. 软件要读取地址3上的8位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000011的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000001

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据的高8位(注意，第3点是低8位)返回给CPU，这就是一个8位数据。

5. 软件要读取地址0和1上的16位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000000

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据返回给CPU

6. 软件要读取地址2和3上的16位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000001

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”把这个16位数据返回给CPU

7. 软件要读取地址0、1、2、3上的32位数据时，硬件是这样进行的：

  ① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000000

  ② NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元” 

  ③ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ④ “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号，NOR FLASH的A0－A19线上的信号是：0b00000000000000000001

  ⑤ NOR FLASH在数据总线D0～D15上提供一个16位的数据，这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

  ⑥ “Memory Controller”读入这个16位数据

  ⑦ “Memory Controller”把两个16位的数据组合成一个32位的数据，返回给CPU。

从1～7可知：

  ① 对于软件而言，它不知道底下发生了什么事，它只管结果：

      读取地址0的8位数据，就得到了一个8位数据；读取地址1的8位数据，就得到另一个紧挨着的8位数据

      读取地址0开始的16位数据，就得到了一个16位数据；读取地址2开始的16位数据，就得到另一个紧挨着的16位数据

      读取地址0开始的32位数据，就得到了一个32位数据；读取地址4开始的32位数据，就得到另一个紧挨着的32位数据

  ② 对于NOR FLASH，它只按照A0－A19地址线，提供16位数据，才不管软件要的是8位、16位，还是32位呢。

  ③ “Memory Controller”完成了这些位宽之间的数据选择、合并。

所以：

外设位宽是8时，CPU的A0～AXX与外设的A0～AXX直接相连

外设位宽是16时，CPU的A1～AXX与外设的A0～AYY直接相连，表示不管CPU的A0是0还是1，外设看到的都是同一个地址，对应16位的数，“Memory Controller”对数据进行选择或组合，再提供给CPU。

外设位宽是32时，CPU的A2～AXX与外设的A0～AZZ直接相连，表示不管CPU的A0A1是00，01，10还是11，外设看到的都是同一个地址，对应32位的数据，“Memory Controller”对数据进行选择或组合，再提供给CPU。

        ARM7在使用BANK之前要设置每个BANK所接的外设时多少位的，由BWSCON寄存器设置，默认情况为8位。由于BANK0位启动区，所以有硬件指示，通过读OM[1:0]引脚来设置。

当宽度为8位的时候，"Memory Controller"硬件是这样做的：（不错位连接）

（1）CPU想进行8位操作时，直接根据软件所给出的地址读取8位数据返回给CPU。

（2）CPU想进行16位操作时，进行两次8位的操作，并组成一个16位的数据返回给CPU。

（3）CPU想进行32位操作时，进行四次8位的操作，并组成一个32位的数据返回给CPU。

当宽度为16位的时候，"Memory Controller"硬件是这样做的：（错一位连接）

（1）CPU想进行8位操作时，直接根据软件所给出的地址读取16位数据，并将低8位返回给CPU。

（2）CPU想进行16位操作时，直接根据软件所给出的地址读取16位数据返回给CPU。

（3）CPU想进行32位操作时，进行2次8位的操作，并组成一个32位的数据返回给CPU。

当宽度为32位的时候，"Memory Controller"硬件是这样做的：（错两位连接）

（1）CPU想进行8位操作时，直接根据软件所给出的地址读取32位数据，并将低8位返回给CPU。

（2）CPU想进行16位操作时，直接根据软件所给出的地址读取32位数据，并将低16位返回给CPU。

（3）CPU想进行32位操作时，直接根据软件所给出的地址读取32位数据返回给CPU。