02-JZ2440裸机学习之存储管理器

ARM片内资源中，内存很小，为了能够运行操作系统和大的应用程序，需要在ARM存储接口上进行扩展，如SDRAM,SRAM,ROM,FLASH等，ARM提供一个存储管理器部件，为访问外部存储设备提供存储地址信号和控制信号，即存储器控制器。

硬件学习，首先要明确目的，多问为什么？

1、引出存储器管理器作用：

（对SDRAM、网卡、nor等设备进行初始化，以便存储器管理器配合CPU进行与外设数据通讯）

（1）为什么存在存储器管理器：

CPU不会管太多，CPU只会发出指令从某个地址读数据，此时存储器管理器会根据地址判断时什么设备，并负责数据操作，把CPU想操作的数据反馈给CPU：

存储器管理器根据地址 知道是什么东西，然后发出片选等信号（bank0-7）

（2）想访问一个存储芯片 需要哪些条件？

（1）    地址线

（2）    数据线 8/16/32 数据宽度

（3）    时钟频率

（4）    芯片相关特性

参考如下：http://www.cnblogs.com/hyd-desert-camel/p/3353415.html

（3）使用存储控制器访问外设的原理

S3C2440的地址空间：

27位地址线，32位数据线，8个片选信号。共8个存储器（BANK0-7）1GB

系统上电将从bank0开始执行。

S3C2440对外引出27根地址线ADDR0-ADDR26，访问范围只有128MB，CPU对外还引出8根片选信号nGCS0-nGCS7，对应BANK0-BANK7，当访问BANKx的地址空间时，nGCSx引脚输出低电平来选中外接设备。

这样每个128MB空间，共8个片选，对应1GB的地址空间。空间分布图如下：

BANK0-BANK7的地址范围如下：

0x00000000-0x3FFFFFFF：BANK0-BANK7

0x4000 0000-0x47FF FFFF :根据启动方式不同，作用不同。

0x4800 0000-0x5FFF FFFF：特殊功能寄存器

0x6000 0000-0xFFFF FFFF：未被使用

BANK访问地址=Bank起始地址(0X30000000)+地址线地址（ADDR[25：0]）*2=0X30000000-0X33FFFFFF.

S3C2440是32位CPU，可以使用的地址范围理论达到4GB，除去上面连接外设的1GB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。

2440寄存器地址范围处于:0x4800 0000-5fff ffff,寄存器地址范围如下：

（4）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，SDRAM内部是一个存储阵列，指定一个行，再指定一个列，就可以准确找到所需要的单元格，而SDRAM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

（5）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

2、SDRAM相关

SDRAM有4个bank

数据 检索需要知道：Bank-列地址-行地址

外部设备属性和行地址多少位 列地址多少  多少个bank等都需要知道

只有配置好 存储管理器 ，才知道怎么去访问外部设备（SDRAM,网卡等）

SDRAM：列地址 行地址 刷新频率 bank地址位宽

把这些告诉存储器管理器，即配置存储器管理器。

SDRAM与CPU连接如下图所示：

查看芯片手册与2440手册，找到相关属性的值，准备配置给存储器控制器的相关寄存器。

位宽：16*2=32位 （2片SDRAM组成32位位宽）

bank怎么接S3C2440手册有告诉：

地址线为什么从A2开始？

2440以 字节为单位读取数据   sdram 是32位数据操作  CPU发出0 123地址返回的内容一样，具体由存储器管理器 实现到2440的分配。所以对于32位宽，从A2开始接。

2440最多接8个 类似SDRAM、网卡、nor flash的设备 因为有8个bank 即8个片选信号ngcs0-7.

配置寄存器

相关寄存器一共有13个（SWSCON, BANKCONx (x=0~7),  REFRESH, BANKSIZE, MRSRB6, MRSRB7）

想使用SDram 需要先配置存储器管理器 ：

SDRAM只需配置好SWSCON, BANKCON6,, BANKCON7, REFRESH, BANKSIZE, MRSRB6, MRSRB7, 一共7个寄存器

查看2440手册 我们知道存储器控制器需要设置的寄存器主要有如下几个：

6 7比较特别  可以接SDRAM 有更多设置，列地址等

配置过程参考：http://blog.csdn.net/crazyleen/article/details/5940454：

1.BWSCON位宽和等待控制寄存器

 每4位控制一个BANK。最高4位控制bank7，递减类推。

 STx: 内存为SDRAM，此位为0，SRAM的为1

 WSx：通常设为0

 DWx：用两位来设置位宽，0b00为八位，0b01为16位，0b10为32位，0b11为保留

 我的开发板上是MT48LC16M16A2P型号的16位SDRAM，由2片组成32为的SDRAM，所以我设置的高4位为0b0010,。BANK6与BANK7的设置需相同，不管你用不用到BANK7，所以这里设子和为BWSCON=0x22000000

BANKCON6与BANKCON7

  MT[16:15]: 设置bank外接的存储器类型，0b00为SRAM,0b11为SDRAM

 设置为0b00的sram，其他位的设置与bank[1:5]的类似，设置为SDRAM的，其他未进行如下设置：

 Trcd[3:2]: RAS to CAS delay, 我使用保守值：0b10

 Scan[1:0]: SDRAM的列地址位数，0b00表示8位，0b01表示9位，0b10表示10位。查阅内存的datasheet得知，我的开发板上的是9位，所以，本开发板的bank6，bank7都设置为BANKCONx=0x00018005

刷新控制REFRESH

  R_CNT[10:0]: 由公式R_CNT=2^11 + 1 - SDRAM频率(MHz) * SDRAM刷新周期(us)

查阅内存datasheet，我的是64ms 8,192-cycle refresh，所以刷新周期=64ms/8192=7.8125us

这里我还没使用PLL，sdram频率为晶振频率12MHz,

计算R_CNT=2^11 + 1 - 12 * 7.8125 = 1955

所以我的REFRESH设置为0x008c0000（其他位的固定设置） + 1955 = 0x008c07a3

BANKZIZE

 Bk76map[2:0]： bank6,7的大小，0b001为65mb

我这里设置为0xb1

SDRAM模式设置

只需修改为CL[6:4],这是时序时间参数，我用保守值MRSRB67=0X30

结构：

3代码实现：

2440启动过程：

（1）nor

（2）nand（bank0失效，nor不可用）

实验流程：

（1）    关闭看门狗

（2）    设置存储控制器寄存器（配置）

（3）    复制代码到SDRAM中copy_steppingstone_to_sdram

（4）    设置堆栈

（5）    跳转main执行

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

链接地址：运行时，程序应该位于哪里