裸奔程序5-内存控制器及SCATT文件

吕氏春秋8266 · 发表于 2010-12-5 13:08:26

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第四章存储控制器

S3c2440存储控制器提供了访问外部设备所需的信号，有如下特征：
每个BANK空间为128M，总共1G
编程控制总线宽度（8/16/32），不过BANK0只能选择16/32
BANK0~BANK5外接ROM\SRAM，BANK6~BANK7还可外接SDRAM
BANK0~BANK6起始地址固定，BANK7起始地址可编程选择
每个BANK访问周期可编程控制
通过外部的“wait”信号延长总线的访问周期
S3c2440对外引出27根地址线ADDR0~ADDR26，其访问范围为128M，此外，CPU还对外引出8根片选信号nGCS0~nGCS7

在访问SDRAM时，CPU提供了一组用于SDRAM的信号
SDRAM时钟有效信号SCKE;
SDRAM时钟信号 SCLK0/SCLK1
数据掩码信号DQM0~DQM3
片选信号nGCS6~nGCS7
SDRAM行地址选通信号nSRAS
SDRAM列地址选通信号nSCAS

SDRAM结构：

我们先看看对SDRAM读写的时序图：

从上图我们可以看出，根据SDRAM芯片的列地址设置相关寄存器后，CPU就会从32位地址中自动分出L-BANK选择信号、行、列地址信号，然后先后发出行地址及信号，列地址及信号及L-BANK信号。也就是说，CPU分两次将行及列地址分别送入SDRAM进行锁存，然后再进行数据读写。

内存控制器
内在控制器为访问外部存储空间提供存储器控制信号，提供了13个特殊功能寄存器。
1、       BSWCON总线宽度控制寄存器用来控制各组存储器的总线宽度和访问周期。每4位控制一个BANK，最高位对应BANK7
BWx[0:1]:设置相应BANK的位宽。00：8 ，01：16，10：32
WSx[2]  :是否使用存储器等待信号，通常为0
STx[3] :启动\禁止SDRAM掩码引脚，其中SDRAM:0，SRAM:1
2、       BANKCONx控制外接设备的访问时序。

其中BANK6~BANK7位[16：15]来表示存储器的类型：
00：ROM或SRAM
11：SDRAM
Tacs[14:13]:在nGCSn有效前地址信号建立时间
Tcos[12:11]:在nOE 有效前芯片选择信号建立时间
Tacc[10:8]: 访问周期，如启用nWAIT信号，则Tacc大于或等于4个周期
Tcoh[7:6]:  nOE信号无效后芯片选择信号保持时间
Tcah[5:4]:  nGCSn无效后地址保持时间
Tacp[3:2]：页模式访问周期
PMC[1:0]:页模式配置
如果BANK6~BANK7外接SDRAM时，即[16：15]＝11，则[3：0]位定义如下：
Trcd[3:2]:从RAS到CAS延时
SDRAM使用的频率是HCLK。
FCLK for CPU,
HCLK for the AHB bus peripherals,
PCLK for the APB bus peripherals.
在TQ2440开发板的uboot中，FCLK = 400MHz
FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8
TQ2440使用的是SDRAM是HY67V561620F,查看Spec.

RAS to CAS Delay的最小值为15~20 ns
HCLK为100MHz，所以一个clock为10ns,所以至少需要2个clock.

SCAN[1:0]:列地址位数。00：8，01：9，10：10
查阅Spec,列地地址位数为9

BANK0~BANK5在系统复位后，其值为0x700表示Tacs=Tcos=Tcon=Tcah=Tacp=1,
Tacc=14个周期，PMC=0表示页配置正常模式。
BANK6~BANK7在系统复位后，其值为0x180008表示BANK6~BANK7外接SDRAM，同时设定RAS到CAS延时4个周期，8位列地址数目。

TQ2440中BANKCON6和BANKCON7的其它位数均为0。
综合以上各值，BANKCON6~BANKCON7设为0x00018005

3、       REFRESH用于设置SDRAM的自动刷新。
REFEN[23]:  0：无效1：使能有效
TREFMD[22] 0：自动刷新；1：选择自刷新方式
Trp[21:20] SDRAM预充电时间
Tsrc[19:18]控制SDRAM半行周期时间
Refcnt[10:0]SDRAM刷新计数器，

得到刷新周期为64ms/8192=7.8125us，
TQ2440的HCKL为100MHz
结合公式，R_CNT=2^11 + 1 – 12 * 7.8125 = 1955。

Refresh count = 2^11 +1 -100X7.8125 = 1268 = 0x4F4
Trp([21:20])：设置为0即可。(Precharge time)

4、       BANKSIZE寄存器用于调整BANK大小
BURST_EN[7]:0/1 禁止/允许ARM核突发传输.。
SCKE_EN[5]:0/1 不使用/使用SCKE信号令SDRAM进入省电模式
SCKE_EN[4]:0/1 时刻/SDRAM访问期间发出SCKE信号，
BK67MAP[02]:设置大小。000－32 001－64 010－128
本开发板仅使用BANK6的64M空间，其中BK76MAP(bit[2:0])配置BANK6/7映射的大小，可设置为010 = 128MB/128MB或001 = 64MB/64MB，只要比实际RAM大都行,多出来的空间程序会检测出来，不会发生使用不存在的内存的情况(Bootloader和Linux内核都会作内存检测)。。
5、       MRSRBx
能修改的只有位CL[6:4](CAS latency，000 = 1 clock, 010 = 2 clocks, 011=3 clocks)，其他的全部是固定的(fixed)，故值为0x00000030。SDRAM 不支持CL=1的情况，所以位[6:4]取值为010(CL=2)或011(CL=3)，开发板保守的值为0b11。

TQ2440存储器控制器
BWSCON: 0x22121110;GCS4=GCS6=GCS7=32bit,
由于TQ2440外接NOR flash,开发板采用了最保守的值，即正常模式，每次读写一个数据，其它所有时钟周期均最大
BANK0  :0x7ff4
BANK1~BANK5:0x2e50
表示外接SDRAM，其列地址为9位，RAS到CAS延时为2周期。
BANK6~BANK7:0x18005
设置寄存器刷新HCLK=100M u=7.812us 2048+1-100*7.81=1268=0x4f4
REFRESH:0x9404f4
BANKSIZE:0x32
MRSRBx  :0x30

程序说明：
因为存储寄存器为连续地址空间，有初始化程序中，我们用如下代码进行设置：
;初始化存储控制器寄存器，使SDRAM可用

      adr r0,MEMDAT
      ldr r1,=BWSCON
      add r2,r0,#52
0
      ldr r3,[r0],#4
      str r3,[r1],#4
      cmp r2,r0
      bne %b0

MEMDAT DATA
      DCD 0x22121110
      DCD 0x7ff4
      DCD 0x2e50
      DCD 0x2e50
      DCD 0x2e50
      DCD 0x2e50
      DCD 0x2e50
      DCD 0x18005
      DCD 0x18005
      DCD 0x9404f4
      DCD 0x32
      DCD 0x30
      DCD 0x30
adr r0,MEMDAT是伪指令，其汇编为如下个一条指令：
[0xe28f0018] add    r0,pc,#0x18 ; #0xa4显然它被汇编成基于PC+8+偏移地址模式，能正确读取。

在本例中，我们程序是从NAND中启动，在初始化存储寄存器的基础后，我们打算将点亮LED灯代码从CPU内部RAM中搬移到SDRAM中运行，自然我们产生第一个问题，我们知道，从NAND和SDRAM中运行，其地址不一致，如何保证各模块间地址正确编译呢，在这里，我们将scatter文件来控制。
LOAD_IMAGE 0x0
{
LOAD_FLASH 0x0 0x1000          ;4K flash
{
s3c2440.o(Init,+First)
TestMain.o(+ro)
}
LOAD_SDRAM 0x30000000 0x4000000  ;64M  sdram
{
led.o(+ro)
}
}
第二个问题，我们只想搬运LED代码并将它放在0x30000000，如何得到它在RAM中的起始地址及大小呢，这就将用到如下三个定义
   IMPORT |Load$$LOAD_SDRAM$$Base|
   IMPORT |Image$$LOAD_SDRAM$$Base|
   IMPORT |Image$$LOAD_SDRAM$$Length|
其拷贝代码如下：
   ldr r0,=|Load$$LOAD_SDRAM$$Base|
      ldr r1,=|Image$$LOAD_SDRAM$$Base|
      ldr r2,=|Image$$LOAD_SDRAM$$Length|

      add r2,r0,r2

0
      ldr r3,[r0],#4
      str r3,[r1],#4
      cmp r0,r2
      bne %b0
因为，程序从CPU内部RAM跳转至SDRAM中运行，因此，其范围大于32M空间，必须使用ldr pc,=_LEDDISPLAY  指令进行跳转。_LEDDISPLAY由LOAD_SDRAM 0x30000000 0x4000000 模块决定，其值为0x30000000
说明：经过反复测试和反汇编我们得知，如果我们将LOAD_FLASH 初始值改为非0，比如0x1000，|Load$$LOAD_SDRAM$$Base|的值由编译器根据LOAD_FLASH模块的初始值进行决定，在进行软件甚至JLINK仿真时都能通过，但下载到NAND中将不会正常运行。这是因为软件或JLINK仿真都是将程序下载到指定的位置运行，地址正确。但下载到NAND中时，其地址永远从0x0处运行，将导致地址错误。