ARM裸機程式之儲存管理器控制SDRAM
本文講的是s3c2440A晶片的儲存管理器，配套的開發板是友善之臂mini2440，首先貼出程式碼
head.s的程式碼：
.equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000 @定義13個暫存器的首地址 .equ SDRAM_BASE, 0x30000000 @定義SDRAM的首地址 .text .global _start _start: bl disable_watch_dog bl memsetup bl copy_steppingstone_to_sdram @把程式碼從片內的SRAM複製到SDRAM裡面 ldr pc, =on_sdram on_sdram: ldr sp, =0x34000000 @設定棧指標，用來呼叫C函式 bl main halt_loop: b halt_loop disable_watch_dog: ldr r0, =0x53000000 mov r1, #0x0 str r1, [r0] mov pc, r14 copy_steppingstone_to_sdram: mov r0, #0x0 mov r1, #SDRAM_BASE mov r2, #4096 Loop: @用一個迴圈，從片內SRAM的0地址開始複製到SDRAM的0x30000000處 ldr r3, [r0], #4 str r3, [r1], #4 cmp r0, r2 bcc Loop mov pc, r14 memsetup: @設定儲存管理器相關的13個暫存器 mov r0, #MEM_CTL_BASE ldr r1, =0x22011110 @BWSCON str r1, [r0], #4 @把r1暫存器裡面的值放到r0所指的記憶體單元中，然後r0=r0+4 ldr r1, =0x00000700 str r1, [r0], #4 @BANKCON0 str r1, [r0], #4 @BANKCON1 str r1, [r0], #4 @BANKCON2 str r1, [r0], #4 @BANKCON3 str r1, [r0], #4 @BANKCON4 str r1, [r0], #4 @BANKCON5 ldr r1, =0x00018005 str r1, [r0], #4 @BANKCON6 str r1, [r0], #4 @BANKCON7 ldr r1, =0x008c07a3 str r1, [r0], #4 @REFRESH ldr r1, =0x000000b1 str r1, [r0], #4 @BANKSIZE ldr r1, =0x00000030 str r1, [r0], #4 @MRSRB6 str r1, [r0] @MRSRB7 mov pc, r14
led_key.c的程式碼：
#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0x56000010) #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000014) #define GPBUP (*(volatile unsigned long *)0x56000018) #define GPGCON (*(volatile unsigned long *)0x56000060) #define GPGDAT (*(volatile unsigned long *)0x56000064) #define GPB5_out (1<<(5*2)) #define GPB6_out (1<<(6*2)) #define GPB7_out (1<<(7*2)) #define GPB8_out (1<<(8*2)) #define GPB0_out (1<<(0*2)) #define GPG0_in ~(3<<(0*2)) #define GPG3_in ~(3<<(3*2)) #define GPG5_in ~(3<<(5*2)) #define GPG6_in ~(3<<(6*2)) #define GPG7_in ~(3<<(7*2)) #define GPG11_in ~(3<<(11*2)) int main() { unsigned long read_value; GPBCON |= (GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out | GPB0_out); GPBUP &= 0x1e1; GPBDAT |= 0x1e0; GPGCON &= (GPG0_in & GPG3_in & GPG5_in & GPG6_in & GPG7_in ); while(1) { read_value = GPGDAT; if(read_value & (1<<0)) { GPBDAT |= (1<<5); } else { GPBDAT &= (~(1<<5)); } if(read_value & (1<<3)) { GPBDAT |= (1<<6); } else { GPBDAT &= (~(1<<6)); } if(read_value & (1<<5)) { GPBDAT |= (1<<7); } else { GPBDAT &= (~(1<<7)); } if(read_value & (1<<6)) { GPBDAT |= (1<<8); } else { GPBDAT &= (~(1<<8)); } if(read_value & (1<<7)) { GPBDAT &= (~(1<<0)); } else { GPBDAT |= (1<<0); } } return 0; }
Makefile：
首先說明本程式主要實現的功能：本程式最終為了生成一個sdrampp1.bin的可執行檔案下載到開發板的NandFlash的0地址處，一旦下載進去，s3c2440A這塊晶片就會自動地把NandFlash的前4K程式碼複製到片內的steppingstone，也就是片內的SRAM裡，如果不加處理，一般的程式就從SRAM的0地址處開始運行了，例如上一篇部落格“arm裸機程式之LED燈”就是從SRAM的0地址處開始執行的，而本程式並非從SRAM的0地址開始執行，而是把片內的SRAM的4K程式碼複製到SDRAM的0地址處，最後從SDRAM的0地址處開始執行，所以Makefile中的程式碼段地址是0x30000000，並非上一篇部落格裡寫的0x00000000，從0x30000000處執行程式碼，在SDRAM的0x34000000處設定了一個棧指標，至於為什麼棧指標是這個，後面的內容會詳細解釋，最後呼叫C函式，這裡的C函式實現的功能是按下開發板上的k1鍵，led1亮，鬆開led1就滅，k2，k3，k4同樣道理控制其他3個led，k5控制蜂鳴器的響與不響.sdrampp1.bin : head.s led_key.c arm-linux-gcc -g -c -o head.o head.s arm-linux-gcc -g -c -o led_key.o led_key.c arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 -g head.o led_key.o -o sdrampp1_elf arm-linux-objcopy -O binary -S sdrampp1_elf sdrampp1.bin arm-linux-objdump -D -m arm sdrampp1_elf > sdrampp1.dis clean: rm -rf sdrampp1.* *.o
首先看Makefile，注意到Makefile的第4行，要求把程式碼段放在0x3000000處，解釋如上。至於其他的內容和上一篇部落格的Makefile沒什麼不同，Makefile就分析到此。
下面看看head.s的程式碼，程式一開始一個bl跳轉指令，實現關閉看門狗的程式就不解釋了。接著是一個Memory Controller(儲存管理器)初始化的工作，這裡涉及到13個暫存器，分別是BWSCON暫存器，BANKCON0暫存器等等，如果一開始我解釋這些暫存器，你肯定不知道我要講會聽的雲裡霧裡，所以我先講點原理，把握整體再深究細節。我們先從開發板的硬體原理圖開始說起，因為是開發板的原理圖是最基本直觀的東西了，by the way，我用的開發板是mini2440，所以檢視的是mini2440原理圖，先上張圖先：
臥槽，你TMD給我上張這個圖片，先彆著急，我是想讓你看看著塊晶片有多少根地址匯流排和資料匯流排，正因為這張圖片長得是比較醜，所以我儘量把它講的生動，美化它，最終讓你愛上它。首先我們來明確兩個概念，什麼是地址匯流排，什麼是資料匯流排，顧名思義，地址匯流排是CPU傳送一個地址，地址匯流排決定了CPU所能訪問的最大記憶體空間，這個CPU是中的地址匯流排是ADDR0~ADDR26，總用27條地址匯流排吧，所以s3c2440A最大訪問的記憶體地址為2^27=128M，但是如果想讓這個CPU實現最大能訪問的記憶體空間達到1GB的空間怎麼辦呢，cpu還引出8根片選訊號nGCS0~nGCS7，所以總的定址空間就達到1GB了，雖然你在上面這張圖看不出來有多少個片選訊號，你可以在原理圖上搜索一下即可。其實在這裡，我就可以引出一張s3c2440 Memery Controller的地址空間分佈圖了，在上圖之前，我講一句話解釋資料匯流排到底怎麼回事：就是決定CPU每次傳送資料的大小，這裡有DARA0~DATA31,，，每次傳送32位的資料，每次傳送32位資料，其實就可以引出SDRAM的原理圖了，暫且不說，先看Memery Controller的地址空間分佈圖：
看到這麼一張大圖，先別慌，我比你更慌，不知道怎麼解釋，先驗證一下上面說的那段話，總共8個片選訊號，為了滿足1GB的地址空間的定址，其實在這裡每個片選對應一個bank，nGCS0對應的是Bank0，nGCS7對應Bank7，依次類推，只要選擇了一個片選訊號，例如我這裡假設懸著nGCS6的片選訊號，CPU的27根地址匯流排就能對0x30000000~0x38000000之間的地址進行定址了，不過這裡還要注意，並不是每個之間的每個地址都能進行儲存資料，定址什麼的，因為s3c2440的每個Bank其實都是外接裝置的，例如Bank0外接NorFlash，Bank4外接網絡卡DM9000，Bank6和Bank7外接SDRAM等，至於其他的我們暫時不用管，還可以涉及到晶片的2中啟動方式我這裡就不介紹了。這裡Bank6和Bank7都外接SDRAM是怎麼回事呢，這裡就和上面的資料匯流排聯絡在一起了，因為開發板外接了兩塊SDRAM，每個SDRAM有16根資料匯流排，為了和cup的資料匯流排的寬度保持一致，所以要接兩塊SDRAM，SDRAM的原理圖請看下圖：
要知道SDRAM的工作原理，首先看看下面幾個問題，下面是我其他部落格上看到的：
(1) 地址線為什麼從A2開始？
因為2440資料寬度為32位，按4位元組對齊，即地址只會是0x...0,0x...4,0x..C,0x...E，每次地址增加都是四個位元組，所以A0和A1沒什麼用。
(2) SDRM BANK 選擇輸入BA0/BA1為什麼連線的是A24，A25
因為系統記憶體容量為64M,32bit,由兩片64M 16bit的SDRM組成。表示64M的空間需要26根線，所以地址最高兩位為A25和A24。
(3) 64M需要26根線，為什麼實際只用到了A2~A14，A24，A25？
理論上應該將A2~A25直接連線到SDRAM來定址64M(之所以不是A0~A25，是因為每次訪問的是32bit)，而實際上只把A2~A14這13根線連線到SDRAM的A0~A12，這是因為SDRAM訪問時地址是分兩次給的，即行地址和列地址，不需要一次輸入，行地址和列地址複用了A2~A14這13根線，這個SDRAM理論上可定址的最大範圍為2^13 * 2^13。
(4)為什麼板子上SDRAM的空間為0x30000000 ~ 0x34000000
根據2440 SPEC，SDRAM只能放在BANK6 或 BANK7 (nGCS6或nGCS7),起始地址分別為0x30000000和0x38000000,一個BANK的大小為128M,現在選擇BANK放SDRAM，而SDRAM的容量為64M(0x4000000)，所以SDRAM的範圍就是0x30000000~0x34000000,為什麼是0x3....呢？因為你把nGCS6片選接到SDRAM晶片上了;當然後你也可以接nGCS7,不過地址就要變了,[A29,A28,A27]=3,即從0x38000000開始.
看了上述的問題與回答，應該能大致理解SDRAM的工作原理吧。
最後我分析一下，Memery Controller的13個暫存器：
1.BWSCON暫存器：中文名字叫做位寬和等待控制器。
STx位：啟動或禁止SDRAM的資料掩碼引腳，對於SDRAM，此位為0，對於SRAM，此位為1；
WSx：是否使用儲存器的WAIT訊號，通常設定為0.
DWx：用來設定相應的Bank資料匯流排的位寬。
所以這裡設定BWSCON暫存器的設定的值為0x22011110，bank7和bank6的位寬都為32位，其他的為16位，因外接的外設不同。還要注意一點的是Bank0，沒有WS0和DW0
2.BANKCON0和BANKCON1，BANKCON2，BANKCON3，BANKCON4，BANKCON5屬於同一類，用於設定外接裝置的訪問時序，具體要看晶片手冊上的時序圖，這裡預設設定為0x0700即可。
3.BANKCON6和BANKCON7暫存器：因為Bank6和Bank7可以接SDRAM，還可以接SRAM，SROM等等，所以在這個暫存器裡相應的位要指明接的是什麼，可以根據MT（[16:15]）來控制，還有就是想BANKCON1等暫存器一樣要設定時序了。這裡根據晶片手冊，設定為0x00018005即可。
4.REFRESH暫存器：中文名叫做重新整理控制暫存器，可以設定SDRAM的重新整理功能，要不要使能，重新整理模式，重新整理週期等等，這裡可以設定0x008c007a3，具體對照晶片手冊。
5.BANKSIZE暫存器：記住一點就是當多個SDRAM一起工作的時候，設定SDRAM在記憶體中的對映圖
6.MRSRB6和MRSRB7暫存器，就是設定Bank6和Bank7的一些特徵，知道一個設定值即可0x30，具體細節，我覺得沒有必要太深入了，暫時對SDRAM的研究不需要太深，畢竟最終目標是自己定製一個U-Boot。
請用批判的眼光看我的文章，組織上可能不怎麼到位，自己看看總能看的明白，歡迎交流討論！