基于S3C2440的存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)與初始化分析

黃飛翔　蔡啟仲

【摘 要】在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，SDRAM的工作原理、控制時(shí)序及相關(guān)寄存器配置方法，相對(duì)較難。本文基于三星公司的S3C2440微處理器，設(shè)計(jì)外接美光內(nèi)存芯片MT48LC16M16A2，并詳細(xì)分析了初始化代碼，目的是加深初學(xué)者對(duì)SDRAM的基礎(chǔ)知識(shí)的了解，能有助于今后的嵌入式學(xué)習(xí)以及設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】SDRAM；存儲(chǔ)器；S3C2440

0 引言

制造商所生產(chǎn)的MCU片內(nèi)存儲(chǔ)器空間往往不可能完全滿足所有的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，例如，AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部RAM大小為128字節(jié)。因此，對(duì)于需要較大片內(nèi)存儲(chǔ)空間的應(yīng)用設(shè)計(jì)來說，擴(kuò)展片內(nèi)存儲(chǔ)器空間是非常重要的。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 三星S3C2440微處理器

1.1.1 S3C2440硬件資源

S3C2440是三星公司開發(fā)的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC微處理器，集成的系統(tǒng)外設(shè)和接口有：1.8V內(nèi)核電壓，3.3V存儲(chǔ)電壓，3.3V I/O電壓；16KB的指令高速緩存、16KB的數(shù)據(jù)高速緩存和存儲(chǔ)管理單元；外部的存儲(chǔ)控制器（SDRAM控制器和片選邏輯）；LCD控制器，包括一個(gè)LCD DMA；4個(gè)帶外部請(qǐng)求管腳的DMA；3個(gè)UART，2個(gè)SPI；1個(gè)I2C總線控制器，1個(gè)I2S-BUS控制器；SD主機(jī)接口；4個(gè)PWM時(shí)鐘和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘；看門狗時(shí)鐘；117個(gè)GPIO，24個(gè)外部中斷源； 8路10位 ADC和觸摸屏接口；帶ALARM功能的RTC；帶PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器；NAND Flash控制器。

1.1.2 存儲(chǔ)器系統(tǒng)

ARM存儲(chǔ)器系統(tǒng)由各種類型的存儲(chǔ)器按照一定的層次結(jié)構(gòu)組合成[3]，如圖1所示。

SDRAM在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中用做程序的運(yùn)行空間，它在響應(yīng)控制輸入前會(huì)等待一個(gè)時(shí)鐘周期，將CPU和RAM之間的速度進(jìn)行匹配，加快了數(shù)據(jù)傳輸速度。

1.1.3 S3C2440的地址空間

S3C2440是一款具有32位的地址總線和數(shù)據(jù)總線寬度的CPU，實(shí)際上只指引出了27根地址線，最大尋址空間為128MB。8個(gè)Bank分別對(duì)應(yīng)S3C2440的8個(gè)片選信號(hào)線nGCS0～ nGCS7相互區(qū)別，可以做到總的尋址空間為8*128Mb=1GB。

S3C2440地址空間[4]如圖2所示，SDRAM需接在S3C2440的Bank6或Bank7上。

1.2 SDRAM存儲(chǔ)器MT48LC16M16A2

1.2.1 MT48LC16M16A2概述及特性[5]

MT48LC16M16A2是一款256Mb高速CMOS SDRAM，容量為256Mb，結(jié)構(gòu)為4 x 4M x 16bits，16位位寬，兼容PC100、PC133，3.3V供電電壓，自動(dòng)預(yù)充電，刷新時(shí)間為8192/64ms。

1.2.2 SDRAM讀寫時(shí)序

S3C2440對(duì)SDRAM的基本讀操作和寫操作均需要控制線與地址線相互配合。

SDRAM基本讀操作過程如下：

（1）發(fā)出Bank激活命令（必須大于RAS到CAS的延遲指標(biāo)Trcd），并鎖存響應(yīng)Bank的行地址與列地址；

（2）CL（CAS延遲值）個(gè)時(shí)鐘周期后，先指定行地址再指定列地址數(shù)據(jù)即可出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上；

（3）向SDRAM預(yù)充電命令（PRECHAREG）以關(guān)閉激活頁，等待Trp時(shí)間，即可進(jìn)行下一次讀、寫操作。

SDRAM基本寫操作過程如下：

（1）發(fā)出Bank激活命令（要求同前），并鎖存響應(yīng)Bank的行地址與列地址；

（2）寫入數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上；

（3）寫入最后一數(shù)據(jù)后延時(shí)Twr時(shí)間，向SDRAM預(yù)充電命令（PRECHAREG）以關(guān)閉激活頁，等待Trp時(shí)間后即可進(jìn)行下一次讀、寫操作。

1.3 接口電路設(shè)計(jì)

采用兩片MT48LC16M16A2并聯(lián)組成32位的位寬，它們與S3C2440的接口電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

2 寄存器配置及SDRAM初始化分析

2.1 寄存器配置

Bank7不僅可以像Bank0～Bank5一樣支持ROM和SRAM，還可以外接SDRAM，因此除了需要像Bank0～Bank5一樣設(shè)置相應(yīng)的總線帶寬＼等待控制寄存器BWSCON和總線控制寄存器BANKCON7外，還需要根據(jù)MT48LC16M16A2數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參數(shù)（例如Trp、Trc、Trcd和Trp等）來對(duì)刷新控制寄存器、存儲(chǔ)塊大小控制寄存器和模式設(shè)置寄存器的相應(yīng)位進(jìn)行配置，從而使得內(nèi)存控制器可以產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序。假設(shè)系統(tǒng)的HCLK為100MHz（即時(shí)鐘周期為10ns），則各寄存器概述及根據(jù)SDRAM芯片時(shí)序的配置（未配置的位保持默認(rèn)）如下：

（1）總線帶寬＼等待控制寄存器（BWSCON）各位如下：

ST 啟動(dòng)/禁止SDRAM的數(shù)據(jù)掩碼引腳，對(duì)于SDRAM，該位置0；

WS 是否使用存儲(chǔ)器的WAIT信號(hào)，通常置0為不使用；

DW 兩位，設(shè)置位寬（00=8bit、01=16bit、10=32bit、11=保留）。

（2）總線控制寄存器BANKCON7各位如下：

MT（[16：15]）：配置為0x03將Bank7映射的物理內(nèi)存為SDRAM；

Trcd（[3：2]）：行地址到列地址的延遲時(shí)間設(shè)置為0x0，因?yàn)門rcd[5]=20ns（即2倍時(shí)鐘周期）；

SCAN（[1：0]）：SDRAM列地址位數(shù)設(shè)置為0x01，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所采用MT48LC16M16A2的列地址數(shù)為9。

（3）刷新控制寄存器REFRESH

REFEN（[23]）設(shè)置為1，即啟用SDRAM刷新功能；TREFMD（[22]）設(shè)置為0，即選用自刷新模式；TRP（[21：20]）根據(jù)Trp[5]=20ns設(shè)置為0x00，即兩個(gè)時(shí)鐘周期；Tsrc[19：18]（SDRAM半行周期運(yùn)行時(shí)間），SDRAM的行周期運(yùn)行時(shí)間滿足Trc=Tsrc+Trp，因?yàn)門rp[5]=20ns（2個(gè)時(shí)鐘周期），Trc[5]=66ns（7個(gè)時(shí)鐘周期），所以Tsrc為5個(gè)時(shí)鐘周期，即將Tsr（[19：18]）設(shè)置為0x01；MT48LC16M16A2刷新8192行的總時(shí)間為64ms，則單行刷新時(shí)間為7.81μs（64ms/8192），再由公式（單行刷新時(shí)間=211-SDRAM工作頻率（MHz）×刷新計(jì)數(shù)器值+1）計(jì)算得Refresh Counter（[10：0]）=0x4f4。

（4）存儲(chǔ)塊大小控制寄存器BANKSIZE

BK76MAP（[2：0]）配置為0x001，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)外接64MB的SDRAM。

（5）SDRAM模式設(shè)置寄存器MRSRB7

CL[6：4] 配置為0x011，因?yàn)門cl[5]=2.5ns（需3倍時(shí)鐘周期）。

2.2 設(shè)計(jì)并分析SDRAM啟動(dòng)代碼

首先在xxx.inc文件中對(duì)下列常量進(jìn)行定義。

其次，初始化文件中包含了xxx.inc文件，就可以在其中使用上述變量了，如下：

通過以上部分代碼，即可完成對(duì)SDRAM存儲(chǔ)器的初始化。

3 總結(jié)

本次設(shè)計(jì)介紹了S3C2440與SDRAM硬件接口的設(shè)計(jì)及相關(guān)寄存器的配置過程，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一定的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王波波，王琤，等.ARM完全學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

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[3]奚海蛟，諶利，呂鐵軍.ARM體系結(jié)構(gòu)與外設(shè)接口實(shí)戰(zhàn)開發(fā)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[4]王小強(qiáng)，方鵬，粟思科.ARM處理器裸機(jī)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)—機(jī)制而非策略[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[5]MT48LC16M16A2說明書[S].

[6]S3C2440數(shù)據(jù)手冊(cè)[S].

[7]陳學(xué)立，邱兆坤，陳志勇.嵌入式處理器與SDRAM的接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）.

[責(zé)任編輯：湯靜]