基于S3C2440的存儲器接口設計與初始化分析

黃飛翔　蔡啟仲

【摘 要】在嵌入式系統設計中，SDRAM的工作原理、控制時序及相關寄存器配置方法，相對較難。本文基于三星公司的S3C2440微處理器，設計外接美光內存芯片MT48LC16M16A2，并詳細分析了初始化代碼，目的是加深初學者對SDRAM的基礎知識的了解，能有助于今后的嵌入式學習以及設計提供參考。

【關鍵詞】SDRAM；存儲器；S3C2440

0 引言

制造商所生產的MCU片內存儲器空間往往不可能完全滿足所有的嵌入式系統應用設計，例如，AT89S51單片機的內部RAM大小為128字節。因此，對于需要較大片內存儲空間的應用設計來說，擴展片內存儲器空間是非常重要的。

1 硬件設計

1.1 三星S3C2440微處理器

1.1.1 S3C2440硬件資源

S3C2440是三星公司開發的一款基于ARM920T內核的16/32位RISC微處理器，集成的系統外設和接口有：1.8V內核電壓，3.3V存儲電壓，3.3V I/O電壓；16KB的指令高速緩存、16KB的數據高速緩存和存儲管理單元；外部的存儲控制器（SDRAM控制器和片選邏輯）；LCD控制器，包括一個LCD DMA；4個帶外部請求管腳的DMA；3個UART，2個SPI；1個I2C總線控制器，1個I2S-BUS控制器；SD主機接口；4個PWM時鐘和1個內部時鐘；看門狗時鐘；117個GPIO，24個外部中斷源； 8路10位 ADC和觸摸屏接口；帶ALARM功能的RTC；帶PLL的片上時鐘發生器；NAND Flash控制器。

1.1.2 存儲器系統

ARM存儲器系統由各種類型的存儲器按照一定的層次結構組合成[3]，如圖1所示。

SDRAM在存儲結構中用做程序的運行空間，它在響應控制輸入前會等待一個時鐘周期，將CPU和RAM之間的速度進行匹配，加快了數據傳輸速度。

1.1.3 S3C2440的地址空間

S3C2440是一款具有32位的地址總線和數據總線寬度的CPU，實際上只指引出了27根地址線，最大尋址空間為128MB。8個Bank分別對應S3C2440的8個片選信號線nGCS0～ nGCS7相互區別，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，結構為4 x 4M x 16bits，16位位寬，兼容PC100、PC133，3.3V供電電壓，自動預充電，刷新時間為8192/64ms。

1.2.2 SDRAM讀寫時序

S3C2440對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）發出Bank激活命令（必須大于RAS到CAS的延遲指標Trcd），并鎖存響應Bank的行地址與列地址；

（2）CL（CAS延遲值）個時鐘周期后，先指定行地址再指定列地址數據即可出現在數據總線上；

（3）向SDRAM預充電命令（PRECHAREG）以關閉激活頁，等待Trp時間，即可進行下一次讀、寫操作。

SDRAM基本寫操作過程如下：

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

（2）寫入數據依次出現在數據總線上；

（3）寫入最后一數據后延時Twr時間，向SDRAM預充電命令（PRECHAREG）以關閉激活頁，等待Trp時間后即可進行下一次讀、寫操作。

1.3 接口電路設計

采用兩片MT48LC16M16A2并聯組成32位的位寬，它們與S3C2440的接口電路設計如圖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～Bank5一樣設置相應的總線帶寬＼等待控制寄存器BWSCON和總線控制寄存器BANKCON7外，還需要根據MT48LC16M16A2數據手冊中的參數（例如Trp、Trc、Trcd和Trp等）來對刷新控制寄存器、存儲塊大小控制寄存器和模式設置寄存器的相應位進行配置，從而使得內存控制器可以產生相應的時序。假設系統的HCLK為100MHz（即時鐘周期為10ns），則各寄存器概述及根據SDRAM芯片時序的配置（未配置的位保持默認）如下：

（1）總線帶寬＼等待控制寄存器（BWSCON）各位如下：

ST 啟動/禁止SDRAM的數據掩碼引腳，對于SDRAM，該位置0；

WS 是否使用存儲器的WAIT信號，通常置0為不使用；

DW 兩位，設置位寬（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映射的物理內存為SDRAM；

Trcd（[3：2]）：行地址到列地址的延遲時間設置為0x0，因為Trcd[5]=20ns（即2倍時鐘周期）；

SCAN（[1：0]）：SDRAM列地址位數設置為0x01，因為本設計所采用MT48LC16M16A2的列地址數為9。

（3）刷新控制寄存器REFRESH

REFEN（[23]）設置為1，即啟用SDRAM刷新功能；TREFMD（[22]）設置為0，即選用自刷新模式；TRP（[21：20]）根據Trp[5]=20ns設置為0x00，即兩個時鐘周期；Tsrc[19：18]（SDRAM半行周期運行時間），SDRAM的行周期運行時間滿足Trc=Tsrc+Trp，因為Trp[5]=20ns（2個時鐘周期），Trc[5]=66ns（7個時鐘周期），所以Tsrc為5個時鐘周期，即將Tsr（[19：18]）設置為0x01；MT48LC16M16A2刷新8192行的總時間為64ms，則單行刷新時間為7.81μs（64ms/8192），再由公式（單行刷新時間=211-SDRAM工作頻率（MHz）×刷新計數器值+1）計算得Refresh Counter（[10：0]）=0x4f4。

（4）存儲塊大小控制寄存器BANKSIZE

BK76MAP（[2：0]）配置為0x001，因為本設計外接64MB的SDRAM。

（5）SDRAM模式設置寄存器MRSRB7

CL[6：4] 配置為0x011，因為Tcl[5]=2.5ns（需3倍時鐘周期）。

2.2 設計并分析SDRAM啟動代碼

首先在xxx.inc文件中對下列常量進行定義。

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SDRAM存儲器的初始化。

3 總結

本次設計介紹了S3C2440與SDRAM硬件接口的設計及相關寄存器的配置過程，為嵌入式系統設計提供了一定的學習和設計參考。

【參考文獻】

[1]王波波，王琤，等.ARM完全學習手冊[M].北京：化學工業出版社，2012.

[2]黃智偉，鄧月明，王彥.ARM9嵌入式系統設計基礎教程[M].北京航空航天大學出版社，2008.

[3]奚海蛟，諶利，呂鐵軍.ARM體系結構與外設接口實戰開發[M].北京航空航天大學出版社，2012.

[4]王小強，方鵬，粟思科.ARM處理器裸機開發實戰—機制而非策略[M].電子工業出版社，2012.

[5]MT48LC16M16A2說明書[S].

[6]S3C2440數據手冊[S].

[7]陳學立，邱兆坤，陳志勇.嵌入式處理器與SDRAM的接口設計與實現[J]，現代電子技術，2010（2）.

[責任編輯：湯靜]