2020年03月11日 | S3C2440的Linux启动过程分析（一）——SC2440处理器结构

1.1.S3C2440处理器结构

S3C2440处理器的结构如下图所示，其核心单元为ARM9TDMI处理器核，主要包括16K的指令Cache和16K的数据Cache，以及分开的指令和数据MMU单元等。CP15为一个协处理器（Co-Processor）。通过AMBA2.0（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线接口与外部设备相连。

图 1  S3C2440处理器框图

IVA指Instruction Virtual Address，指令虚拟地址；DVA指Data Virtual Address，数据虚拟地址。IPA指Instruction Physical Address，指令物理地址；DPA指Data Physical Address，指数据物理地址。

S3C2440处理器的封装大小为14mmx14mm，289-FBGA封装类型。工作频率最高为400MHz。

2.0版AMBA总线标准定义了三组总线，如下表所示：

表 1　AMBA总线标准中的三组总线

S3C2440处理器的外设与AMBA总线的连接如下图所示。

图 2  S3C2440外部设备连接图

MPLL锁相环产生时钟，供给AMBA总线上的各个设备使用。AHB总线上，主要包括LCD控制器、LCD的DMA模块，USB Host控制器，ExtMaster（允许外部设备作为总线的Master），NAND 控制器、NAND Flash启动的装载器，总线控制器、仲裁器和译码器，中断控制器，电源管理模块，摄像头接口模块，内存控制器（包括SRAM、NOR Flash和SDRAM三种）。

APB总线上挂载各种外设，包括3个UART，USB设备，SDI/MMC卡，看门狗定制器，总线控制器、仲裁器和译码器，2个SPI总线，I2C总线，I2S总线，GPIO接口，RTC实时时钟，ADC模数转换器，定时器/PWM发生器，AC97音频编解码器。

1.2.S3C2440的内存地址空间

       S3C2440的地址空间如下所示：

图 3  S3C2440复位后的内存映射

从图中可以看到，S3C2440的内存控制器将可访问的内存划分为8个Bank，每个Bank通过nGCS[0~7]引脚选通，占用空间为128MB，总计可访问1GB的内存空间。前6个Bank可访问SROM（包括ROM和SRAM），后两个Bank可访问ROM、SRAM和SDRAM。

根据OM[1:0]引脚的不同，可选择是否使用Nand Flash作为启动ROM，这时内存在地址空间的映射不同。具体地说，是Bank0和内部4K的启动SRAM（Boot Internal SRAM）的映射不同。Boot Internal SRAM是处理器内部的一块专用的SRAM存储区，大小为4K，专门用于系统的启动。

当OM[1:0]的值为01或者10时，Bank0可访问SROM，内部的4KB启动SRAM位于0x4000_0000处；当OM[1:0]的值为00时，选择Nand Flash为启动RAM，此时Bank0不能访问SROM，内部的4KB启动SRAM位于Bank0的地址0x0000_0000处。

选择Nand Flash为启动ROM时，Nand Flash Boot Loader模块会自动将Nand Flash的前4K数据读取到启动RAM，然后复位从启动RAM处的指令开始执行。

图 4  S3C2440的Bank6和Bank7地址

Bank6和Bank7用于连接SDRAM，其起始地址和结束地址是可配置的，如上图所示。Bank6地址一定是从0x3000_0000开始，根据SDRAM内存大小的不同，Bank6的地址结束，然后Bank7直接从Bank6结束的地方开始，使Bank6和Bank7形成物理上连续的地址空间。具体的配置需要设置BANKSIZE专用寄存器。如下图所示。

BANKSIZE寄存器的地址为0x4800_0028，其bit[2:0]可是只Bank6/7的映射方式，表示Bank的内存空间大小。

S3C2440使用外部SDRAM的频率为133MHz左右。

BANKSIZE寄存器的地址为0x4800_0028，其bit[2:0]可是只Bank6/7的映射方式，表示Bank的内存空间大小。

S3C2440使用外部SDRAM的频率为133MHz左右。

1.3.TQ2440开发板的Memory连接

前面讲述了S3C2440芯片的内存地址空间的划分，这里我们通过TQ2440开发板上的设计给出一个实际的例子。TQ2440是广州天嵌计算机技术有限公司提供的一款基于S3C2440处理器的开发板，其Memory连接结构如下图所示：

图 6  TQ2440开发板的Memory连接

从图中可以看出，TQ2440仅使用了S3C2440处理器中8个Memory Bank中的2个，即Bank0和Bank6。Bank0连接2MB的Nor Flash，数据宽度为16bit；Bank6连接2个数据宽度为16bit的SDRAM颗粒，每个颗粒内存容量32MB，组成总容量为64MB数据宽度为32bit的DDR主存。通过Nand Flash控制器，连接8bit数据宽度的Nand Flash，容量为256MB。

Nand Flash控制器的相关配置主要通过引脚完成，相关引脚包括：

在TQ2440上，OM[0]可通过拨码开关选择，OM[1]接地。OM[1:0]只能选择为00或01，为00时表示Nand Flash启动，为01时表示nGCS0的Bank为16bit模式。nGCS0连接在Nor Flash上，即从16bit数据总线宽度的Nor Flash启动。

TQ2440上对Nand Flash控制器的配置引脚连接如下，在开发板上使用的Nand Flash型号为K9F2G08U0A，故NR5电阻不焊接。

图 7  TQ2440开发板的Nand Flash控制器配置

从图中可以看出，NCON引脚的值为1，GPG13引脚的值为1，GPG14的引脚值为1，GPG15的引脚值为0。这些值分别与K9F2G08U0A芯片的特征对应——内存容量为256MB（2Gbit），Page Size为2KB，需要5个Address Cyle，数据宽度为8bit。