2020年04月07日 | 存储控制器和SDRAM 实验

S3C2440 存储控制器(memory controller)提供了访问外部设备所需的信号，这是一种通过总线形式来访问扩展的外设。

S3C2440  的存储器控制器有以下的特性：

支持小字节序、大字节序(通过软件选择)

每个BANK的地址空间为128MB，总共1GB(8 BANKs)

可编程控制的总线位宽(8/16/32 -bit)，不过 BANK0 只能选择两种位宽(16/32 -bit)

总共8个BANK， BANK0 ~ BANK5 可以支持外接 ROM，SRAM等，BANK6 ~ BANK7 除可以支持 ROM，SRAM外，还支持SDRAM等；

BANK0 ~ BANK6 共7个BANK的起始地址是固定的；

BANK7 的起始地址是可编程选择；

BANK6、BANK7的地址空间大小是可编程控制的；

每个BANK的访问周期均可编程控制；

可以通过外部的”wait“ 信号延长总线的访问周期；

在外接SDRAM时，支持自刷新(self-refresh)和省电模式(power down mode)。

S3C2440 对外引出的27根地址线 ADDR0 ~ ADDR26 的访问范围只有 128MB，那么如果达到上面所说的1GB的访问空间呢？CPU对外还引出了8根片选信号 nGCS0 ~ nGCS7，对应与 BANK0 ~ BANK7，当访问 BANKx 的地址空间时，nGCSx 引脚输出低电平用来选中外接的设备。这样，每个 nGCSx 对应 128MB 地址空间，8个 nGCSx 信号总共就对应了 1GB 的地址空间。这8个 BANK的地址空间如图：

如图所示，左边对应不使用 NAND Flash 作为启动设备(单板上不接 NAND_BOOT 跳线)时的地址空间布局，右边对应使用 NAND Flash启动设备(单板上接 NAND_BOOT 跳线)时的地址空间布局。

S3C2440 作为32位的CPU，可以使用的地址范围理论上达到 4GB。除去上述用于连接外设的 1GB 地址空间外，还有一部分是 CPU 内部寄存器的地址，剩下的地址空间没有使用。

注意：这里说的是物理地址。

S3C2440 的寄存器地址范围都处于 0x48000000 ~ 0x5FFFFFFF，各功能部件的寄存器大体相同。如图：

源码：

@*************************************************************************

@ File：head.S

@ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行

@*************************************************************************  

.equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000

.equ SDRAM_BASE, 0x30000000

.text

.global _start

_start:

bl disable_watch_dog @ 关闭看门狗

bl memsetup @ 设置存储控制器

bl copy_steppingstone_to_sdram @ 复制代码到SDRAM中

ldr pc, =on_sdram @ 跳到SDRAM中继续执行

on_sdram:

ldr sp,=0x34000000 @ 设置堆栈

bl main

halt_loop:

b halt_loop

disable_watch_dog:

@ 往 WATCHDOG 寄存器写0 即可

mov r1, #0x53000000

mov r2, #0x0

str r2, [r1]

mov pc, lr         @返回

copy_steppingstone_to_sdram:

@ 将Steppingstone的4K数据全部复制到SDRAM中

@ Steppingstone起始地址为 0x00000000，SDRAM中起始地址为 0x30000000

mov r1, #0

ldr r2, =SDRAM_BASE

mov r3, #4*1024

1:

ldr r4, [r1],#4 @ 从Steppingstone读取4字节的数据，并让源地址加4

str r4, [r2],#4 @ 将此4字节的数据复制到SDRAM中，并让目地地址加4

cmp r1, r3 @ 判断是否完成：源地址等于 Steppingstone 的末地址

bne 1b @ 若没有复制完，继续

mov pc,  lr @ 返回

memsetup:

@ 设置存储控制器以便使用 SDRAM 等外设

mov r1, #MEM_CTL_BASE @ 存储控制器的13个寄存器的开始地址

adrl r2, mem_cfg_val @ 这13个值的起始存储地址

add r3, r1, #52 @ 13*4 = 52

1:

ldr r4, [r2], #4 @ 读取设置值，并让 r2 加 4

str r4,   [r1], #4 @ 将此值写入寄存器，并让 r1 加 4

cmp r1,   r3 @ 判断是否设置完所有13个寄存器

bne 1b @ 若没有写成，继续

mov pc,   lr @ 返回

.align 4

mem_cfg_val:

@  存储控制器 13 个寄存器的设置值

@ 存储控制器共有 13 个寄存器， 

@ BANK0 ~ BANK5 只需要设置 BWSCON 和 BANKCONx(x为0~5)两个寄存器： 

@ BANK6、BANK7 外接SDRAM时，除 BWSCON 和 BANKCONx(x为6~7)外，还要设置 

@ REFRESH、BANKSIZE、MRSRB6、MRSRB7 等4个寄存器。

@ 位宽和等待控制寄存器 BWSCON (BUS WIDTH & WAIT CONTROL REGISTER)

@ BWSCON 中每4位控制一个 BANK，最高4位对应 BANK7、接下来4位对应 BANK6，依此类推

@ STx：启动/禁止 SDRAM 的数据掩码引脚，对于 SDRAM，此位为0；对于 SRAM，此位为 1

@ WSx：是否使用存储器的 WAIT 信号，通常设为 0

@ DWx：使用两位来设置相应 BANK 的位宽， 0b00 对应8位， 0b01 对应16位，0b10 对应32位，0b11表示保留

@ 比较特殊的是 BANK0，它没有 ST0 和 WS0，DW0([2:1])只读---由硬件跳线决定：

@ 0b01 对应16位，0b10 对应32位，BANK0 只支持16、32两种宽度

@ 对于本开发板(JZ2440)，可以确定 BWSCON 寄存器的值为： 0x22011110

.long 0x22011110 @ BWSCON

@ BANK 控制寄存器 BANKCONx(BANK CONTROL REGISTER, x 为 0~5)

@ 这几个寄存器用来控制 BANK0 ~ BANK5 外接设备的访问时序，使用默认的 0x0700 即可

.long   0x00000700 @ BANKCON0

.long   0x00000700 @ BANKCON1

.long   0x00000700 @ BANKCON2

.long   0x00000700 @ BANKCON3

.long   0x00000700 @ BANKCON4

.long   0x00000700 @ BANKCON5

@ BANK 控制寄存器 BANKCONx(BANK CONTROL REGISTER, x 为 6~7)

@ 在8个BANK中，只有BANK6和BANK７可以外接SRAM或SDRAM，

@ 所以BANKCON6 ~ BANKCON7 与 BANKCON0 ~ BANKCON5 有点不同

@ MT([16:15]) 用于设置本 BANK 外接的是 ROM/SRAM 还是 SDRAM。

@ MT=0b00 时，此寄存器与 BANKCON0 ~ BANKCON5 类似。(外接SRAM)

@ MT=0b11 时，此寄存器其它值如下设置。(外接SDRAM)

@ Trcd([3:2]) RAS to CAS delay，设置推荐值为 0b01

@ SCAN([1:0]) SDRAM  的列地址位数。对于本开发板使用的 SDRAM K4S561632，

@ 列地址位数为 9， 所以 SCAN = 0b01。如果使用其他型号的 SDRAM， 需要查看其数据手册来决定 SCAN 的取值。

@ 0b00 表示8位， 0b01 表示9位， 0b10 表示10位

@ 综上所述，本开发板中 BANKCON6/7 均设为 0x00018005

.long   0x00018005 @ BANKCON6

.long   0x00018005 @ BANKCON7

@ 刷新控制寄存器 REFRESH(REFRESH CONTROL REGISTER): 设为 0x008C0000 + R_CNT

@ REFEN([23]) 0 = 禁止 SDRAM 的刷新功能， 1 = 开启 SDRAM 的刷新功能

@ TREFMD([22]) SDRAM 的刷新模式。0 = CBR/Auto Refresh， 1 = Self Refresh(一般在系统休眠时使用)

@ Trp([21:20]) 设为 0 即可。

@ Tsrc([19:18]) 设为默认值 0b11 即可。

@ Refresh Counter([10:0]) 即上述的 R_CNT

@ R_CNT 可如下计算 (SDRAM 时钟频率就是 HCLK)

@ R_CNT = 2 ^ 11 + 1 - SDRAM 时钟频率(MHz) * SDRAM 刷新周期 (uS)

@ SDRAM 的刷新周期在 SDRAM 的数据手册上有标明，在本开发板使用的 SDRAM K4S561632 的数据手册上，

@ 可看见这么一行 "64 ms refresh period (8K Cycle)"

@ 所以，刷新周期 = 64ms/8192 = 7.8125 us

@ 在未使用 PLL 时， SDRAM 时钟频率等于晶振频率 12 MHz

@ 现在可以计算： R_CNT = 2 ^ 11 + 1 - 12 * 7.8125 = 1955

@ 所以，在末使用 PLL 时， REFRESH = 0x008C0000 + 1955 = 0x008C07A3

.long   0x008C07A3 @ REFRESH

@ BANKSIZE 寄存器 REFRESH (BANKSIZE REGISTER)

@ BURST_EN([7]) 0 = ARM 核禁止突发传输， 1 = ARM 核支持突发传输

@ SCKE_EN([5]) 0 = 不使用 SCKE 信号令 SDRAM 进入省电模式， 1 = 使用 SCKE 信号令 SDRAM 进入省电模式

@ SCLK_EN([4]) 0 = 时刻发出 SCLK 信号， 1 = 仅在访问 SDRAM 期间发出 SCLK 信号

@ BK76MAP([2:0]) 设置 BANK6/7 的大小

@ BANK6/7 对应的地址空间与 BANK0~5 不同。 BANK0~5 的地址空间大小都是固定的 128MB，

@ 地址返回是 (x*128M) 到 (x+1)*128M-1。 x表示 0 到 5。BANK6/7 的大小是可变的，

@ 以保持这两个空间的地址连续，即 BANK7 的其实地址会随它们的大小变化。BK76MAP 的取值意义如下：

@ 0b010 = 128M/128M

@ 0b001 = 64MB/64MB

@ 0b000 = 32MB/32MB

@ 0b111 = 16MB/16MB

@ 0b110 = 8MB/8MB

@ 0b101 = 4M/4M

@ 0b100 = 2M/2M

@ 本开发板 BANK6 外接64MB的 SDRAM， 令[2:0]=0b001 (64MB/64MB)

@ 表示 BANK6/7 的容量都是64MB，虽然 BANK7 没有使用

@ 综上所述，本开发板 BANKSIZE 寄存器的值可算得 0xB1

.long   0x000000B1 @ BANKSIZE

@ SDRAM 模式设置寄存器 MRSRBx (SDRAM MODE REGISTER SET REGISTER, x为6~7)

@ 能修改的只有位 CL([6:4])，这是 SDRAM 时序的一个时间参数：

@ 0b000 = 1 clocks， 0b010 = 2 clocks， 0b011 = 3 clocks

@ SDRAM K4S561632 不支持 CL = 1的情况，所以位[6:4]取值为 0b010 或 0b011 。

@ 本开发板取最保守的值 0b011， 所以 MRSRB6/7 的值为 0x30

.long   0x00000030 @ MRSRB6

.long   0x00000030 @ MRSRB7

// leds.c

#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0x56000050)

#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000054)

#define GPF4_out (1<<(4*2))

#define GPF5_out (1<<(5*2))

#define GPF6_out (1<<(6*2))

void  wait(volatile unsigned long dly)

{

for(; dly > 0; dly--);

}

int main(void)

{

unsigned long i = 0;

GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out; // 将LED1,2,4对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出

while(1){

wait(30000);

GPFDAT = (~(i<<4)); // 根据i的值，点亮LED1,2,4

if(++i == 8)

i = 0;

}

return 0;

}

#Makefile

sdram.bin : head.S leds.c

arm-linux-gcc -g -c -o head.o head.S

arm-linux-gcc -g -c -o leds.o leds.c

arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 -g head.o leds.o -o sdram_elf

arm-linux-objcopy -O binary -S sdram_elf sdram.bin

arm-linux-objdump -D -m arm sdram_elf > sdram.dis

clean:

rm -f sdram.dis sdram.bin sdram.dis *.o