s3c2440硬件学习笔记----存储控制器
一、使用存储控制器访问外设的原理
1、S3C2440的地址空间
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：
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
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。
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，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)，下面图为一张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
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
head.S：
@*************************************************************************
@ 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
1:
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
1:
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