arm裸机【12】 --- SDRAM

最新推荐文章于 2023-10-10 09:48:03 发布

PCONST

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分类专栏： # arm裸机初体验文章标签： sdram

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SDRAM引入

SDRAM：Syncronized Dynamic Ramdam Access Memory，同步动态随机存储器

DDR：DDR就是DDR SDRAM，是SDRAM的升级版。（DDR：double rate，双倍速度的SDRAM）
DDR有好多代：DDR1 DDR2 DDR3 DDR4 LPDDR

SDRAM的特性

（容量大、价格低、掉电易失性、随机读写、总线式访问）

SDRAM/DDR都属于动态内存（相对于静态内存SRAM），都需要先运行一段初始化代码来初始化才能使用
不像SRAM开机上电后就可以直接运行。

类似于SDRAM和SRAM的区别的，还有NorFlash和NandFlash（硬盘）这两个。
正是因为硬件本身特性有限制，所以才导致启动代码比较怪异、比较复杂。而我们研究裸机是为了研究uboot，在uboot中就充分利用了硬件的各种特性，处理了硬件复杂性。

SDRAM数据手册

SDRAM在系统中属于SoC外接设备（外部外设。以前说过随着半导体技术发展，很多东西都逐渐集成到SoC内部去了。现在还长期在外部的一般有：Flash、SDRAM/DDR、网卡芯片如DM9000、音频Codec。现在有一些高集成度的芯片也试图把这几个集成进去，做成真正的单芯片解决方案。）
SDRAM通过地址总线和数据总线接口（总线接口）与SoC通信。

开发板原理图上使用的是K4T1G164QQ，但是实际开发板上贴的不是这个，是另一款。但是这两款是完全兼容的，进行软件编程分析的时候完全可以参考K4T1G164QQ的文档。

SDRAM初始化(重点)

原理图中SDRAM相关部分

S5PV210共有2个内存端口（就好象有2个内存插槽）。再结合查阅数据手册中内存映射部分，可知：两个内存端口分别叫DRAM0和DRAM1：
DRAM0：内存地址范围：0x20000000～0x3FFFFFFF（512MB），对应引脚是Xm1xxxx
DRAM1: 内存地址范围：0x40000000～0x7FFFFFFF（1024MB），对应引脚是Xm2xxxx

结论：

(1)整个210最多支持内存为1.5GB，如果给210更多的内存CPU就无法识别。
(2)210最多支持1.5GB内存，但是实际开发板不一定要这么多，譬如我们X210开发板就只有512MB内存，连接方法是在DRAM0端口分布256MB，在DRAM1端口分布了256MB。
(3)由2可知，X210开发板上内存合法地址是：0x20000000～0x2FFFFFFF（256MB） + 0x40000000～0x4FFFFFFF（256MB）。当板子上DDR初始化完成之后，这些地址都是可以使用的；如果使用了其他地址譬如0x30004000就是死路一条。

原理图中每个DDR端口都由3类总线构成：地址总线（Xmn_ADDR0~XMnADDR13共14根地址总线） + 控制总线（中间部分，自己看原理图） + 数据总线（Xmn_DATA0~XMnDATA31共32根数据线）
分析：从数据总线的位数可以看出，我们用的是32位的（物理）内存。

原理图中画出4片内存芯片的一页，可以看出：X210开发板共使用了4片内存（每片1Gb=128MB，共512MB），每片内存的数据总线都是16位的（单芯片是16位内存）。如何由16位内存得到32位内存呢？可以使用并联方法。在原理图上横向的2颗内存芯片就是并联连接的。并联时地址总线接法一样，但是数据总线要加起来。这样连接相当于在逻辑上可以把这2颗内存芯片看成是一个（这一个芯片是32位的，接在Xm1端口上）。

数据手册中SDRAM相关部分

看数据手册《NT5TU64M16GG-DDR2-1G-G-R18-Consumer》第10页的block diagram。这个框图是128Bb×8结构的，这里的8指的是8bank，每bank128Mbit。
210的DDR端口信号中有BA0～BA2，接在内存芯片的BA0～BA2上，这些引脚就是用来选择bank的。
每个bank内部有128Mb，通过row address（14位） + column address（10位）的方式来综合寻址。
一共能寻址的范围是：2的14次方+2的10次方 = 2的24次方。对应16MB（128Mbit）内存。

汇编初始化SDRAM详解1

初始化代码框架介绍（函数调用和返回、步骤等）

SDRAM初始化使用一个函数sdram_asm_init，函数在sdram_init.S文件中实现，是一个汇编函数。
强调：汇编实现的函数在返回时需要明确使用返回指令（mov pc, lr）

步初始化DDR2

(1)首先，DDR初始化和SoC（准确说是和SoC中的DDR控制器）有关，也和开发板使用的DDR芯片有关，和开发板设计时DDR的连接方式也有关。
(2)S5PV210的DDR初始化步骤在SoC数据手册：1.2.1.3 DDR2这个章节。可知初始化DDR共需27个步骤。
(3)之前分析过X210的内存连接方式是：在DRAM0上连接256MB，在DRAM1上连接了256MB。所以初始化DRAM时分为2部分，第一部分初始化DRAM0，第二部分初始化DRAM1.
(4)我们的代码不是自己写的，这个代码来自于：第一，九鼎官方的uboot中；第二，参考了九鼎的裸机教程中对DDR的初始化；第三，有些参数是我根据自己理解修改过的。

设置IO端口驱动强度

因为DDR芯片和S5PV210之间是通过很多总线连接的，总线的物理表现就是很多个引脚，也就是说DDR芯片和S5PV210芯片是通过一些引脚连接的。DDR芯片工作时需要一定的驱动信号，这个驱动信号需要一定的电平水平才能抗干扰，所以需要设置这些引脚的驱动能力，使DDR正常工作。
DRAM控制器对应的引脚设置为驱动强度2X（我也不知道为什么是2X，什么时候设置成3X 4X?，这东西只能问DDR芯片厂商或者SoC厂商，我们一般是参考原厂给的代码）

DRAM port 时钟设置

从代码第128行到154行。主要是开启DLL（dram pll）然后等待锁存。
这段代码对应27步中的第2到第4步。

汇编初始化SDRAM详解2

DMC0_MEMCONTROL

burst length=4，1chip，······  对应值是0x00202400

DMC0_MEMCONFIG_0

DRAM0通道中memory chip0的参数设置寄存器

DMC0_MEMCONFIG_1

DRAM0通道中memory chip1的参数设置寄存器

总结：我猜测（推论）：三星设置DRAM0通道，允许我们接2片256MB的内存，分别叫memory chip0和memory chip1，分别用这两个寄存器来设置它的参数。按照三星的设计，chip0的地址应该是0x20000000到0x2FFFFFFF，然后chip1的地址应该是0x30000000~0x3FFFFFFF.各自256MB。
但是我们X210开发板实际在DRAM0端口只接了256MB的内存，所以只用了chip0，没有使用chip1.（我们虽然是2片芯片，然后这两片是并联形成32位内存的，逻辑上只能算1片）。按照这个推论，DMC0_MEMCONFIG_0有用，而DMC0_MEMCONFIG_1无用，所以我直接给他了默认值。