2020年03月08日 | 内存控制器与SDRAM

内存接口概念：

通常ARM芯片内置的内存很少，要运行Linux，需要扩展内存。ARM9扩展内存使用SDRAM内存，ARM11使用 DDR SDRAM。S3C2440通常外接32位64MBytes的SDRAM，采用两片16位32M的SDRAM芯片，SDRAM芯片通过地址总线、数据总线、若干控制线与S3C2440芯片相连。

芯片资源：

S3C2440有ADDR0~ ADDR26共27根地址线(128M)，其中ADDR0，ADDR16~ ADDR26为GPIO/地址线复用，GPIO只能是输出，DDR1~ADDR15为专用地址线，就只能是当地址线用。有32根数据线DATA0 ~DATA31全部都是专用数据线。虽然是32位的芯片，CPU发出的地址是32位的，但是只有27根地址线，所以32位地址只取了0 ~26位来使用。

外接的存储器可以像GPIO模块，USRT模块，I2C模块等一样，由CPU发起，通过内存控制器进行操作，只不过这个外设是在片外的。NAND FLASH和外接的存储器不是同一类型的，片内有一个专门的NAND控制来对外接的NAND FLASH硬件进行控制，所以NAND FLASH又属于另外一部分。

所有的外接存储器都是共用地址线和数据线，但是每个外接存储器有各自连接的独立片选信号引脚，以此可以得以区分当前地址线和数据线的外接模块。

片选信号是根据你的地址范围，自动进行拉低操作的，不需要再人为的去控制引脚。外接存储器处于写入或读取状态，要根据外接存储器的特性进行对引脚的操作，有的需要一个根W引脚，一个R引脚，有的只需要一根引脚控制W/R。

位宽：

这是官方说明书给出的8bit，16bit，32bit存储器的接法示意图：

8bit内存

16bit内存

两片16bit内存组合成的32bit内存

8bit的地址线都是从A0接起

16bit的地址线都是从A1接起

32bit的地址线都是从A2接起

之所以要这么连接，原理其实也是很简单，我们把内存的地址用一个图画出来，相信很快就能看懂了：

假设CPU执行以Byte取值：

mov   r0, #3

ldrb  r1,[r0]     // 从地址3(00011)以Byte为单位取值到r1

对于8bit，A0-A0,，A1-A1，A2-A2，所以CPU发出什么地址，内存控制器就转发给存储器什么地址，返回值是精确哪个地址就是哪个地址。

对于16bit，A0没接，A1-A0，A2-A1，所以内存控制器转发给存储器的地址向右移动了一位，转发的不是3，而是1，但是16位的存储器返回的数据是16位的，所以返回到CPU的是Byte3|Byte2，但是内存控制器根据A0的0/1对这个返回的16为数据进行挑选，高低电平选择高位，低电平选择低位，所以返回到CPU的值依然是Byte3。虽然A0没接，但是依然是在起作用。

对于32bit，A0，A1没接，A2-A0，A3-A1，所以内存控制器转发给存储器的地址向右移动了两位，接收到的不是3，而是0，但是32位的存储器返回的数据是32位的，所以返回到内存控制器的是Byte3|Byte2|Byte1|Byte0，但是内存控制器根据A0，A1的0/1对这个返回的32为数据进行挑选，所以返回到CPU的值依然是Byte3。

假设CPU执行默认取值：

32位的机器，默认是以4字节进行取值：

mov   r0, #4

ldr   r1,[r0] 

对于8bit，CPU会发出1次取值地址，内存控制器转发了4次连续的地址出去，返回4个字节的数据，内存控制器再把这4个字节的数据拼凑成一个32位数据，返回给CPU

对于16bit，CPU会发出1次取值地址，内存控制器转发了2次连续的地址出去，返回2个16位的数据，内存控制器再把这2个16位的数据拼凑成一个32位数据，返回给CPU

对于32bit，CPU会发出1次取值地址，内存控制器转发了1次连续的地址出去，返回1个32位的数据，内存控制器直接把这个32位数据，返回给CPU

整个过程虽然看似复杂，但是根据不同位宽的不同接线方式，CPU只要发出取值地址，内存控制器就会自动的把所有的复杂的事情全部处理完返回给CPU一个数据，全程CPU不需要参与过程。

连接两片16位32M的SDRAM实例：

S3C2440的SDRAM控制线：

1、SDRAM片选----nGCS6（对应ARM的地址0x3000 0000）；nGCS7(对应ARM的地址0x38000000)，每一根片选可联接128MBytes内存。现在扩展64MBytes内存，只需一根片选线，通常为nGCS6。

2、nWE----写使能。

3、nSRAS----SDRAM行地址开关。

4、nSCAS----SDRAM列地址开关。

5、写字节使能四根线----nWBE[3：0]。4个字节共32位，为一个数据单元。

6、SDRAM时钟两根线----SCLK[1：0]。两根线分别联接两个SDRAM芯片。

7、SDRAM时钟使能----SCKE。

S3C2440与两片内存联接时，用到的地址线是15根：13根行列复用地址线，两根Bank 线。

Bank的概念

Bank相当于块，一个EM63A165TS-6G内有四个内存块，每块16*4M内存单元。

每地址对应16bits，共有4M （2的22次方）地址范围，因此应该有22位地址线，寻址时22位的地址分两次（行地址和列地址）输入SDRAM芯片，nSRAS有效时，ADDR[2：14] 输入的是行地址，nSCAS有效时，ADDR[2：14]输入的是列地址。所以寻址一个内存单元至少需要两个时钟时间，第一个时钟行地址，第二个时钟列地址，然后才能找到对应内存单元。

地址线从ADDR2开始使用，而不是ADDR0开始使用，这个上面已经讲过原理了。

S3C2440的数据线32根，其中DATA[15：0]这16根联接第一块EM63A165TS-6G芯片，DATA[31：16]这16根联接第二块EM63A165TS-6G芯片。

为什么要两片16bit内存组合在一起

ARM是32位处理器所以它一次处理数据都是以32位为单位的，也就是说它读或者写数据时，地址只能为0x0、0x04、0x08、。。。即4字节对齐，因为一般DDR的数据线都为16位，所以为了得到32位的数据，一般都是将2个DDR连在一起，它们的地址相同，所以对已DDR而言是一个地址对应4个字节（因为一个DDR对应2个字节，两个DDR就对因4个字节，低16位存储在第一片，高16位存储在第二片）

一片内存只接了13根地址线是如何寻址32M的地址？

bank0和bank1就是用来选择4片存储块的，bank0和bank1是用来确定是那个存储块，在

EM63A165TS-6G中有4个bank,00代表bank0, 01代表bank1, 10代表bank2, 11代表bank3,需要知道的是这4片存储块是相互独立的，并且每个存储块都是阵列结构，所谓阵列结构指的是它是由行列组成的。

我们可以把一个bank看做是由一个个方格组成的存储块，而方格的个数就是4Mbit,每个方格的容量则为16bit，你要想确定一个方格的地址首先要确定它的行地址，再确定它的列地址，两线相交确定一点，这一点就是你要的地址。

一般SDRAM的地址线都采用分时复用原则，即先送行地址，再送列地址，EM63A165TS-6G这款芯片Row address : RA0 ~ RA12, Column address : CA 0 ~ CA8,即前9个地址线是复用的。

所以寻址的时候先发送RA0 ~ RA12行地址，在发送CA 0 ~ CA8列地址,而RA0 ~ RA8和CA 0 ~ CA8用的其实是同一个管脚,按照行地址13个，列地址9个算，最多能寻址2^22,即4194304个地址,换算成Mbit刚好是4Mbit,即一个bank的大小,这就是为什么寻32M只用了13根地址线的原因。

为什么bank0和bank1与2440的ADDR24和ADDR25连接?

bank0和bank1是用来选择存储块的，32M的空间需要25根地址线寻址,但是

对于EM63A165TS-6G只需要24根,因为它每个存储单元存储2个字节,我们来分一下,这24根地址线的前13根行地址,紧接着的9根为列地址,那么最后两根是干嘛？显而易见它是bank地址,用来选择存储块,所以BANK0接23, BANK1接24,但是由于我们是从ADDR2开始连得原因前面已经解释过了,所以每个地址加2.最后的地址连接方法,就是ADDR2~ ADDR14对应行地址, ADDR15~ ADDR23对应列地址,(由于管脚的分时复用其实是DDR2~ ADDR14对应行地址, ADDR2~ ADDR10对应列地址)ADDR24~ ADDR25对应BANK0~ BANK1,这就是bank0和bank1与2440的ADDR24和ADDR25连接的原因。再简单一点理解就是，如果最后两个位有使用，那么就是一个BANK的容量4M*16bit=8MByte无法满足了，所以需要换到下一个BANK，那么此时最后两个位也是对应的数据。

配置过程：

不使用UB/LB引脚，这个选项是给SRAM使用的，SDRAM不用管。他的作用是，可以通过nWEB这三个引脚来区分32位数据的哪一个Byte的数据wait信号是指当我们信号和地址设置完毕后，需不需要让内存控制器再等待一段时间，让SDRAM反应一下再取值，这是性能比较差的芯片才需要使用。

我们选用BNK6，外接2片16bit的芯片，是32位数据访问。

这是EM63A165的说明书截取出来的数据，我们使用的是EM63A165-6G，Clock Cycle Time最小是6ns，我们是挂在100MHZ的总线上，1/100 000 000 = 110^-8 s = 10ns(1秒(s) =100厘秒(cs)= 1000 毫秒(ms) = 1,000,000 微秒(μs) = 1,000,000,000 纳秒(ns))，符合芯片要求。

4M word * 16-bit 4-bank ：4M的存储单元，每个存储单元16bit(每个单元2个字节)，总共4块，也就是2byte(41024*1024)*4=‭33554432‬byte=32M，两片接在一起就是64M

MT选SDRAM这个毫无疑问，在SDRAM模式下只需要关心[3:0]这四个位，Trcd RAS to CASdelay是指行地址与列地址之间的时间间隙，查芯片手册可以知道最少延时18ns，100MHZ一个时钟周期是10ns，所以2个时钟周期就够了。纵列数量是9个A0 ~ A8，行列是13个A0~A12

REFEN使能打开，TREFMD选择自动刷新，Trp根据手册看是18ns，选择2个时钟周期就可以了，Tsrc=Trc-Trp=60-18=42ns，选择5个时钟周期就够了，计算Refresh Counter的值首先要知道Refresh period的值（刷新周期），8192 / 64ms ，是指刷新8192字节需要64毫秒，一个字节是64/8192=0.0078125us=7.8125ns，和表格中提供的例程是一样的，HCLK也是100MHZ，所以都不用算，Refresh Counter=1269=0x4F5

BURST_EN开启突发访问使能，SCKE_EN开启掉电模式使能，SCLK_EN选用推荐，BK76MAP内存映射是64M

其他选项你也没得选，只有CL可以做文章，CL是CAS latency，这个挺重要的，在开篇的时候就表明了，可以是2或3个时钟。这个CL是内存控制器给SDRAM输入一个CL时钟周期，比如CL=2, SDRAM收到这个CL时间后，每次接收完列地址后，等2个时钟周期再把数据返回给内存控制器。

以上就全部配置完成了。

以上很多知识都是通过看视频，和查找资料，外加自己的理解总结而成的，图片也是自己画的和截图的，肯定存在些许错误，如果哪位大神有发现错误的地方，请及时指正。