ARM学习笔记－－存储控制器

来源：互联网发布：北冥数码专营店淘宝网编辑：程序博客网时间：2024/05/17 06:10

摘自：《嵌入式Linux应用开发完全手册》——韦东山
1. S3C2410/S3C2440地地址空间
S3C2410/S3C2440对外引出的27根地址线ADDR0~ADDR26的访问范围只有128MB，那么是如何达到1GB的空间的呢？CPU对外还引出了8根片选信号nGCS0~nGCS7，对应于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的地址空间，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：

左边是nGCS0片选的nor flash启动模式下的存储分配图，右边是nand flash启动模式下的存储分配图

S3C2410/S3C2440作为32位的CPU，可以使用的地址范围理论上可达到4GB。除去上述用于连接外设的1GB的地址空间外，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：这里的地址指的是物理地址。

2、存储控制器与外设的关系

BANK0-BANK5的连接方式类似，BANK6连接SDRAM时复杂一些，CPU提供了一组用于SDRAM的信号。
1) SDRAM时钟有效信号SCLK；
2) SDRAM时钟信号SCLK0/SCLK1；
3) 数据掩码信号DQM0/DQM1/DQM2/DQM3；
4) SDRAM片选信号nSCS0（它与nGCS6是同一引脚的两个功能）；
5) SDRAM行地址选通脉冲信号nSRAS；
6) SDRAM列地址选通脉冲信号nSCAS；
7) 写允许信号nWE（它不是专用于SDRAM）。

SDRAM内部是一个存储阵列，阵列就如同表格一样，将数据“填”进去。和表格的检索原理一样，先指定一个行（Row），再指定一个列（Column），就可以准确地找到所需要的单元格，这就是SDRAM寻址的基本原理。这个单元格被称为存储单元，这个表格（存储阵列）就是逻辑Bank（Logic Bank，下文简称L-Bank），SDRAM一般含有4个逻辑表格(L-BANK)

那么SDRAM的访问步骤为：

1）CPU发出片选信号nSCS0（与nGCS6是同一引脚）有效，选中SDRAM芯片

2）SDRAM有4个L-BANK，需要两个地址信号来选中其中一个，即ADDR24、ADDR25，如下图

3）对被选中的芯片进行同一的行/列（存储单元）寻址

根据SDRAM芯片的列地址线数目设置CPU相关寄存器后，CPU会从32位地址中自动分出L-BANK选择信号、行地址信号、列地址信号，然后先后发出行地址信号、列地址信号。L-BANK选择信号在发出行地址信号的同时发出，并维持到列地址信号结束

如上图：行地址、列地址公用地址线ADDR2-ADDR14，使用nSRAS(R=Row)、nSCAS(C=Column)两个信号来区分它们，当 nSRAS信号有效时，ADDR2-ADDR14发出的是行地址，对应地址空间bit[23:11]，当nSCAS信号有效时，ADDR2-ADDR14 发出的是列地址，对应地址空间bit[10:2]。

4）找到存储单元后，被选中的芯片就要进行统一的数据传输。

开发板使用两片16bit的SDRAM芯片并联形成32位的位宽，与CPU的32根数据线DATA0-DATA31相连，BANK6的起始地址位0x30000000，所以SDRAM的访问地址为0x3000_0000~0x33ff_ffff，共64MB（2片*(4*Bank*2^22)*16bit）。

3、存储控制器的寄存器使用方法

存储控制器共有13个寄存器，BANK0-BANK5只需要设置BWSCON和BANKCONx两个寄存器，BANK6、BANK7外接SDRAM时，还要设置REFRESH，BANKSIZE，MRSRB6,MRSRB7，等4个寄存器，下面分别说明

1）位宽和等待控制寄存器BWSCON

BWSCON中每四位控制一个BANK，最高4位对应BANK7、接下来4位对应BANK6，依次类推，如下图

STx:启动/禁止SDRAM的数据掩码引脚

WSx:是否使用存储器的WAIT信号

DWx:设置对应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，它没事ST0和WS0，DW0只读，由硬件跳线决定，0b01表示16位，0b10表示32位，BANK0只支持16、32两种位宽

所以可以确定BWSCON寄存器值为：0x22011110

2）BANK控制寄存器BANKCONx(x为0-5)

这些寄存器用来控制BANK0-BANK5外接设备的访问时序，使用默认0x0700即可

3）BANK控制寄存器BANKCONx(x为6-7)

MT[16:15]:设置BANK外接ROM/SRAM还是SDRAM，00=ROM/SRAM，01=保留，10=保留，11=SDRAM

MT=0b00时，与BANKCON0-BANKCON5类似

MT=0b11时，

Trcd[3:2]:RAS to CAS delay，设为推荐值0b01

SCAN[1:0]:SDRAM的列地址数，本开发板使用的SDRAM列地址数为9，0b00=8位，0b01=9位，0b10=10位

所以本开发板，BANKCON6/7均设为0x00018005

4）刷新控制寄存器REFRESH

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=SelfRefresh

Trp[21:20]: SDRAM RAS预充电时间 00=2 clocks，01=3clocks，10=4clocks，11=不支持

Tsrc[19:18]: SDRAM半行周期时间 00=4clocks，01=5clocks，10=6clocks，11=7clocks，SDRAM行周期时间Trc=Tsrc+Trp

Refresh Counter[10:0]: SDRAM刷新计数，刷新时间=(2^11+1-refresh_count)/HCLK，在未使用PLL时，HCLK=晶振频率12MHz，刷新周期为7.8125us

refresh_count=2^11+1-12*7.8125=1955

REFRESH=0x008C0000+1955=0x008C07A3

5）BANKSIZE寄存器

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=仅在方位SDRAM期间发出SCLK信号

BK76MAP[2:0]: 设置BANK6/7的大小，0b010=128MB/128MB，0b001=64MB/64MB，0b000=32M/32M，0b111=16M/16M，0b110=8M/8M，0b101=4M/4M，0b100=2M/2M

本开发板外接64MB的SDRAM

则本开发板BANKSIZE设为0xB1

6）SDRAM模式设置寄存器MRSRBx(x为6-7)

CL[6:4]: 0b000=1clocks,0b010=2clocks,0b011=3clocks

本开发板取0b011，所以MRSRB6/7取值为0x30

二、存储控制器操作实例：使用SDRAM

从NAND Flash启动CPU时，CPU会通过内部的硬件将NAND Flash开始的4KB数据复制到成为"Steppingstone"的4KB的内部RAM（起始地址为0）中，然后跳到地址0开始执行。

本程序先设置好存储控制器，使外接的SDRAM可用，然后把程序本身从steppingstone复制到SDRAM中，最后跳到SDRAM中执行

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

@ 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 @存储控制器寄存器基址

.equ SDRAM_BASE, 0x30000000 @SDRAM起始地址

.text

.global _start

_start:

bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

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中去

@ 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

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的未地址？

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 = 54

ldr r4, [r2], #4 @ 读取设置值，并让r2加4

str r4, [r1], #4 @ 将此值写入存储控制寄存器，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

.long 0x22011110 @ BWSCON

.long 0x00000700 @ BANKCON0

.long 0x00000700 @ BANKCON1

.long 0x00000700 @ BANKCON2

.long 0x00000700 @ BANKCON3

.long 0x00000700 @ BANKCON4

.long 0x00000700 @ BANKCON5

.long 0x00018005 @ BANKCON6

.long 0x00018005 @ BANKCON7

.long 0x008C07A3 @ REFRESH

.long 0x000000B1 @ BANKSIZE

.long 0x00000030 @ MRSRB6

.long 0x00000030 @ MRSRB7

leds.c

#define GPBCON(*(volatile unsigned long *)0x56000010)

#define GPBDAT(*(volatile unsigned long *)0x56000014)

#define GPB5_out(1<<(5*2))

#define GPB6_out(1<<(6*2))

#define GPB7_out(1<<(7*2))

#define GPB8_out(1<<(8*2))

void wait(unsigned long dly)

{

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

}

int main(void)

{

unsigned long i = 0;

GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;// 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出

while(1){

wait(30000);

GPBDAT = (~(i<<5));// 根据i的值，点亮LED1-4，实现流水灯

if(++i == 16)

i = 0;

}

return 0;

}

最后是Makefile

sdram.bin : head.S leds.c

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

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

arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 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_elf *.o

分别汇编head.S和leds.c

连接leds.o和head.o，指定代码段起始地址0x30000000(SDRAM首地址)

最后转换ELF为二进制，导出汇编代码

最后效果:（流水灯）