第012课 内存控制器与SDRAM

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第001节辅线1硬件知识_内存接口概念

首先来分析下操作GPIO控制器和操作UART控制器两者的区别。

如图是S3C2440是个片上系统，有GPIO控制器（接有GPIO管脚）,有串口控制器 (接有TXD RXD引脚)。 配置GPIO控制器相应的寄存器，即可让引脚输出高低电平；配置UART控制器相应的寄存器，即可让引脚输出波形。前者相对简单，类似门电路，后者相对复杂，属于协议类接口。类似的协议类接口还有iic、iis、spi等。 对于CPU是不管什么接口的，它只写相应的寄存器，由控制器根据寄存器的配置去控制具体的引脚。

那么CPU是如何访问各个不同的寄存器的呢？

CPU只管发出一个地址，内存控制器根据该地址选择不同的模块，然后从模块中得到数据或者发送数据到模块中。

前面的GPIO/门电路接口、协议类接口，都不会把地址输出到外部，接下来的内存类接口，会把地址输出到外部，比如Nor Flash、网卡、SDRAM。

如图，SDRAM、DM9000网卡、Nor Flash都接在JZ2440的数据总线和地址总线上，CPU把数据和地址发送出去，然后内存控制器根据片选信号选择相应的设备接收地址和数据信号，互不干扰。

片选信号和地址的关系怎么确定？

这个是由2440芯片特性决定的。

• 当选择Nor Flash启动时，CPU发出的指令的地址范围处于0x0000000 - 0x06000000，内存控制器就会使nGCS0处于低电平（片选引脚被选中），Nor Flash被选中。
• 当CPU发出的指令的地址范围处于0x20000000 - 0x26000000，内存控制器就会使nGCS4处于低电平（片选引脚被选中），网卡被选中。
• 当CPU发出的指令的地址范围处于0x30000000 - 0x36000000，内存控制器就会使nGCS6处于低电平（片选引脚被选中），SDRAM被选中。 内存控制器根据不同的地址地址范围，发出不同的片选引脚，只有被片选引脚选中的芯片才能正常工作，不被选中的芯片就像不存在一样，不工作。

GPIO/门电路接口、协议类接口、内存类接口都属于CPU的统一编址。对于Nand Flash，在原理图上它的地址线并没有连接到CPU，因此它不参与CPU的统一编址。但它的数据线也接到了数据总线上，为了防止干扰，它也有一个片选信号(CE)。当CPU访问Nand Flash时，Nand Flash控制器才会片选Nand Flash，让其接收数据总线上的数据。

再来看下Nor Flash的空间，0x00000000 * 0x06000000，为128M，即每一个片选信号可以选择的空间是128M=2^27，也就需要A0、A1……A26，共27根地址线。CPU发出的32位地址线，内存控制器根据地址范围，片选上相应的bank，并将地址转化为27位。

第002节辅线1硬件知识_不同位宽设备的连接

参考2440芯片手册，可以看到内存接口与8-bit ROM连接时，2440的A0与外部芯片的A0相连。 当与两个8-bit ROM拼接成的一个16-bit ROM连接时，2440的A1与外部芯片的A0相连。 当与四个8-bit ROM拼接成的一个32-bit ROM连接时，2440的A2与外部芯片的A0相连。

当与一个16-bit ROM连接时，2440的A1与外部芯片的A0相连。

可以看出外接芯片的位宽有变化时，地址线的接法也会有变化。那这个变化有什么规律呢？

假设CUP执行：

MOV R0， #3 @去地址为3的内存上 LDRB R1, [R0] @ 从内存为3的地址上，读出一个字节

如图有8bitROM、16bitROM、32bitROM。

8个bit组成一个字节，字节是计算机的最小的存储单位，因此我们读取数据肯定都是8bit的倍数。 * 对于8bitROM ，8bit是一次读写的最小单位，即0地址是第一个8bit，1地址是第二个8bit;CPU发出的命令是读取地址为3上的数据，即A0和A1都为1，8bitROM的A0和A1收到的也都是1，于是找到了ROM上地址为3的8bit数据,包含了我们需要的数据。 * 对于16bitROM ，16bit是一次读写的最小单位，即0地址是第一个16bit，里面有两个8bit数据;CPU发出的命令是读取地址为3上的数据，即A0和A1都为1，16bitROM的A0和A1分别收到的是1和0，于是找到了ROM上地址为1的16bit数据，包含了我们需要的数据，最后内存控制器再帮我们挑选出所需的8bit数据。 * 对于32bitROM ，32bit是一次读写的最小单位，即0地址是第一个32bit，里面有四个8bit数据;CPU发出的命令是读取地址为3上的数据，即A0和A1都为0，32bitROM的A0和A1收到的都是0，于是找到了ROM上地址为0的32bit数据，包含了我们需要的数据，最后内存控制器再帮我们挑选出所需的8bit数据。

ROM/bitCPU发出地址ROM收到地址ROM返回数据内存控制器挑选出数据给CPU8bit（ROM)000011000011编号3的存储单元中的8数据编号3的存储单元中的8bit数据16bit（ROM)000011000001编号1的存储单元中的16数据根据”A0=1”,挑出低8bit数据32bit（ROM)000011000000编号0的存储单元中的32数据根据“A0A1=11”,挑出最低8bit数据

接到芯片上的引脚用来确定读取芯片上的哪一个单元的数据，把这个单元的数据返回给内存控制器，内存控制器会根据没有连接芯片的引脚，来确定返回哪一个单元的数据给CPU,

再举一个例子： 假如传递一个32位的数据时

MOV R0, #4 LDR R1, [R0] @去地址4，读取4字节数据

执行过程如下：

• 8bitROM: 当CPU发出地址（000100），内存控制器会把000100,000101,000110,000111处的地址转发给ROM，ROM会把得到的地址000100,000101,000110,000111，上的数据返回给内存控制器，内存控制器会把得到的4个8bit的数据组装成一个32位的数据返回给CPU。
• 16bitROM: 当CPU发出地址（000100），内存控制器会把00010，00011处的地址转发给ROM，ROM会把得到的地址00010，00011，上的数据返回给内存控制器，内存控制器会把得到的2个16bit的数据组装成一个32位的数据返回给CPU。
• 32bitROM: 当CPU发出地址(000100)，内存控制器会把0001处的地址发送给ROM，ROM会把得到的地址0001上的数据返回给内存控制器，内存控制器会把得到的1个32bit数据返回给CPU。

怎样确定芯片的访问地址： 1. 根据片选信号确定基地址， 2. 根据芯片所接地址线确定范围

实例： Nor Flash 使用的是片选0(nGCS0),基地址为0，用到A20,A19……A1，A0共21条地址线，所以地址范围为0x00000000 ~ 0x1FFFFF也就是2M的空间大小。 网卡(Net)使用的是片选4(nGCS4),基地址为0x20000000，用到A2,A0共2根地址线，所以地址范围为0x20000000 ~ 0x20000005。 SDRAM使用的是片选6(nGCS6),基地址为0x30000000。

-Nor FlashNetSDRAM基地址（base）0x000000000x200000000x30000000取址范围0x00000000~0x1FFFFF0x20000000~0x20000005比较特殊，后面讲解 第003节辅线1硬件知识_时序图分析示例

这节我们分析一下我们了解时序图，信号之间是怎样一起工作的，以Nor Flash 为例。

2440和Nor Flash 之间有地址线，数据线，还有各种数据线连接。

以Nor Flash为例，分析下如何设置它的时序。

如图是S3C2440的Nor Flash控制器的读时序图，里面很多参数都需要根据外接芯片的性能进行设置，有的芯片性能好、响应时间快，就可以把参数时间设置小一点，释放更好的性能。

如图是Nor Flash芯片的读时序。 我们需要做的就是设置S3C2440的Nor Flash控制器时序去满足Nor Flash芯片的时序。每个参数的参考范围可以通过AC CHARACTERISTICS得到。

结合Nor Flash芯片的两张图，可以得到如下信息:

• 发出地址数据(Addresses)后，要等待Taa(要求大于等于70ns)时间，地址数据才有效;
• 发出片选信号(CE#)后，要等待Tce(要求大于等于70ns)时间，片选信号才有效;
• 发出读信号(OE#)后要等待Toe(要求大于等于30ns)时间，读信号才有效;

为了简单我们把地址数据(Addresses)，片选信号(CE#)，读信号(OE#)，同时发出，然后让它们都等待70ns(等待信号有效)。对应S3C2440的Nor Flash控制器的读时序图，需要让地址信号A[24:0]、片选信号nGCS、读信号nOE同时发出，保持Tacc大于等于70ns。

查阅S3C2240的参考手册，Nor Flash是接在BANKCON0上的，因此只需要设置BANKCON0即可。 可以看到Tacc上电初始值是111，对应14个clocks。系统上电采用12MHz的晶振，HCLK=12MHz，Tacc=(1000/12*14)≈1166ns，这个值很大，几乎可以满足所有Nor Flash的要求。

启动后，将HCLK设置为100MHz，T=1000/100=10ns，Tacc需要大于等于70ns，因此设置Tacc等于101，8个clocks即可。

在前面uart实验的源码基础上，新建init.c和init.h两个文件。

在init.c里面只需要设置BANKCON0寄存器即可。

#include "s3c2440_soc.h"
void bank0_tacc_set(int val)
{
    BANKCON0 = val = '0' && c