基于S3C2440的存储器接口设计与初始化分析

黄飞翔　蔡启仲

【摘 要】在嵌入式系统设计中，SDRAM的工作原理、控制时序及相关寄存器配置方法，相对较难。本文基于三星公司的S3C2440微处理器，设计外接美光内存芯片MT48LC16M16A2，并详细分析了初始化代码，目的是加深初学者对SDRAM的基础知识的了解，能有助于今后的嵌入式学习以及设计提供参考。

【关键词】SDRAM；存储器；S3C2440

0 引言

制造商所生产的MCU片内存储器空间往往不可能完全满足所有的嵌入式系统应用设计，例如，AT89S51单片机的内部RAM大小为128字节。因此，对于需要较大片内存储空间的应用设计来说，扩展片内存储器空间是非常重要的。

1 硬件设计

1.1 三星S3C2440微处理器

1.1.1 S3C2440硬件资源

S3C2440是三星公司开发的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC微处理器，集成的系统外设和接口有：1.8V内核电压，3.3V存储电压，3.3V I/O电压；16KB的指令高速缓存、16KB的数据高速缓存和存储管理单元；外部的存储控制器（SDRAM控制器和片选逻辑）；LCD控制器，包括一个LCD DMA；4个带外部请求管脚的DMA；3个UART，2个SPI；1个I2C总线控制器，1个I2S-BUS控制器；SD主机接口；4个PWM时钟和1个内部时钟；看门狗时钟；117个GPIO，24个外部中断源； 8路10位 ADC和触摸屏接口；带ALARM功能的RTC；带PLL的片上时钟发生器；NAND Flash控制器。

1.1.2 存储器系统

ARM存储器系统由各种类型的存储器按照一定的层次结构组合成[3]，如图1所示。

SDRAM在存储结构中用做程序的运行空间，它在响应控制输入前会等待一个时钟周期，将CPU和RAM之间的速度进行匹配，加快了数据传输速度。

1.1.3 S3C2440的地址空间

S3C2440是一款具有32位的地址总线和数据总线宽度的CPU，实际上只指引出了27根地址线，最大寻址空间为128MB。8个Bank分别对应S3C2440的8个片选信号线nGCS0～ nGCS7相互区别，可以做到总的寻址空间为8*128Mb=1GB。

S3C2440地址空间[4]如图2所示，SDRAM需接在S3C2440的Bank6或Bank7上。

1.2 SDRAM存储器MT48LC16M16A2

1.2.1 MT48LC16M16A2概述及特性[5]

MT48LC16M16A2是一款256Mb高速CMOS SDRAM，容量为256Mb，结构为4 x 4M x 16bits，16位位宽，兼容PC100、PC133，3.3V供电电压，自动预充电，刷新时间为8192/64ms。

1.2.2 SDRAM读写时序

S3C2440对SDRAM的基本读操作和写操作均需要控制线与地址线相互配合。

SDRAM基本读操作过程如下：

（1）发出Bank激活命令（必须大于RAS到CAS的延迟指标Trcd），并锁存响应Bank的行地址与列地址；

（2）CL（CAS延迟值）个时钟周期后，先指定行地址再指定列地址数据即可出现在数据总线上；

（3）向SDRAM预充电命令（PRECHAREG）以关闭激活页，等待Trp时间，即可进行下一次读、写操作。

SDRAM基本写操作过程如下：

（1）发出Bank激活命令（要求同前），并锁存响应Bank的行地址与列地址；

（2）写入数据依次出现在数据总线上；

（3）写入最后一数据后延时Twr时间，向SDRAM预充电命令（PRECHAREG）以关闭激活页，等待Trp时间后即可进行下一次读、写操作。

1.3 接口电路设计

采用两片MT48LC16M16A2并联组成32位的位宽，它们与S3C2440的接口电路设计如图3所示。

2 寄存器配置及SDRAM初始化分析

2.1 寄存器配置

Bank7不仅可以像Bank0～Bank5一样支持ROM和SRAM，还可以外接SDRAM，因此除了需要像Bank0～Bank5一样设置相应的总线带宽＼等待控制寄存器BWSCON和总线控制寄存器BANKCON7外，还需要根据MT48LC16M16A2数据手册中的参数（例如Trp、Trc、Trcd和Trp等）来对刷新控制寄存器、存储块大小控制寄存器和模式设置寄存器的相应位进行配置，从而使得内存控制器可以产生相应的时序。假设系统的HCLK为100MHz（即时钟周期为10ns），则各寄存器概述及根据SDRAM芯片时序的配置（未配置的位保持默认）如下：

（1）总线带宽＼等待控制寄存器（BWSCON）各位如下：

ST 启动/禁止SDRAM的数据掩码引脚，对于SDRAM，该位置0；

WS 是否使用存储器的WAIT信号，通常置0为不使用；

DW 两位，设置位宽（00=8bit、01=16bit、10=32bit、11=保留）。

（2）总线控制寄存器BANKCON7各位如下：

MT（[16：15]）：配置为0x03将Bank7映射的物理内存为SDRAM；

Trcd（[3：2]）：行地址到列地址的延迟时间设置为0x0，因为Trcd[5]=20ns（即2倍时钟周期）；

SCAN（[1：0]）：SDRAM列地址位数设置为0x01，因为本设计所采用MT48LC16M16A2的列地址数为9。

（3）刷新控制寄存器REFRESH

REFEN（[23]）设置为1，即启用SDRAM刷新功能；TREFMD（[22]）设置为0，即选用自刷新模式；TRP（[21：20]）根据Trp[5]=20ns设置为0x00，即两个时钟周期；Tsrc[19：18]（SDRAM半行周期运行时间），SDRAM的行周期运行时间满足Trc=Tsrc+Trp，因为Trp[5]=20ns（2个时钟周期），Trc[5]=66ns（7个时钟周期），所以Tsrc为5个时钟周期，即将Tsr（[19：18]）设置为0x01；MT48LC16M16A2刷新8192行的总时间为64ms，则单行刷新时间为7.81μs（64ms/8192），再由公式（单行刷新时间=211-SDRAM工作频率（MHz）×刷新计数器值+1）计算得Refresh Counter（[10：0]）=0x4f4。

（4）存储块大小控制寄存器BANKSIZE

BK76MAP（[2：0]）配置为0x001，因为本设计外接64MB的SDRAM。

（5）SDRAM模式设置寄存器MRSRB7

CL[6：4] 配置为0x011，因为Tcl[5]=2.5ns（需3倍时钟周期）。

2.2 设计并分析SDRAM启动代码

首先在xxx.inc文件中对下列常量进行定义。

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变量了，如下：

通过以上部分代码，即可完成对SDRAM存储器的初始化。

3 总结

本次设计介绍了S3C2440与SDRAM硬件接口的设计及相关寄存器的配置过程，为嵌入式系统设计提供了一定的学习和设计参考。

【参考文献】

[1]王波波，王琤，等.ARM完全学习手册[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2]黄智伟，邓月明，王彦.ARM9嵌入式系统设计基础教程[M].北京航空航天大学出版社，2008.

[3]奚海蛟，谌利，吕铁军.ARM体系结构与外设接口实战开发[M].北京航空航天大学出版社，2012.

[4]王小强，方鹏，粟思科.ARM处理器裸机开发实战—机制而非策略[M].电子工业出版社，2012.

[5]MT48LC16M16A2说明书[S].

[6]S3C2440数据手册[S].

[7]陈学立，邱兆坤，陈志勇.嵌入式处理器与SDRAM的接口设计与实现[J]，现代电子技术，2010（2）.

[责任编辑：汤静]