07-存储管理器实验

 S3C2440的存储控制器提供了访问外设所需要的信号，它有如下特性：

支持大/小端字节（通过软件选择）；
每个BANK的地址空间为128MB，总共1GB(8个BANK)；
可编程控制的总线宽度（8/16／32bit），BANK0只有两种位宽（16／32bit）；
总共8个BANK：BANK0-BANK5可以支持外接ROM、SRAM等；BANK6-BANK7除了支持ROM、SRAM外，还支持SDRAM等；
BANK0-BANK6七个BANK的起始地址固定；
BANK7的起始地址可编程选择；
每个BANK的访问周期均可编程控制；
通过外部的wait信号延长总线的访问周期；
在外接SDRAM时，支持自刷新和省电模式模式。

 S3C2440对外引出的27根地址线ADDR0-ADDR26的访问范围只有128MB，而八个片选信号nGCS0-nGCS7对应于BANK0-BANK7，当访问BANKx的地址空间时，nGCSx引脚输出低电平用来选中外接的设备。每个nGCSx对应128MB地址空间，8个nGCSx信号总共对应了1GB。

 在TQ2440开发板中BANK6连接SDRAM，CPU对其提供了一组用于SDRAM的信号：

SDRAM时钟有效信号LSCKE；
SDRAM时钟信号LSCLK0/LSCLK1；
数据掩码信号LnWBE0/LnWBE1/LnWBE2/LnWBE3；
SDRAM行地址选通脉冲信号LnSRAS；
SDRAM列地址选通脉冲信号LnSCAS；
写允许信号LnWE

    
1、SDRAM介绍
 SDRAM的内部是一个存储阵列，如同一个二维表格，将数据填进去。其检索原理和表格相同，先指定一个行地址，再指定一个列地址就可以准确找到所需要的单元格。这个单元格被称为存储单元，而表格则称为逻辑BANK(L-BANK)，SDRAM一般有4个L-BANK其逻辑图为上图所示。
 访问SDRAM可以分为如下四个步骤：

1、CPU发出的片选信号LnSCS0有效；
2、SDRAM中有4个L-BANK，需要两根地址线来选中其中一个，从图中可知使用ADDR24、ADDR25作为L-BANK选择信号；
3、对选中的芯片进行统一行/列(存储单元)寻址；
4、找到存储单元后，被选中的芯片进行同一的数据传输。

 在TQ2440开发板中使用了两片16位的ADRAM芯片并联组成32位的位宽，与CPU的32根数据线(DATA0-DATA31)相连。BANK6的起始地址为0x30000000，所以SDRAM的访问地址为0x30000000-ox33ffffff，共64MB。

2、存储控制器的寄存器使用
 在S3C2440中，存储控制器一共有13个寄存器，BANK0-BANK5只需要设置BWSCON和BANKCONx(x为0-5)两个寄存器，BANK6/BANK7外接SDRAM时，除了WSCON和BANKCONx(x为6-7)外，还需要设置REFRESH、BANKSIZE、MRSRB6、MRSRB7等四个寄存器。下面分别说明每个寄存器。
位宽和等待控制寄存器BWSCON

 对于BANK0，它没有ST0和WS0、DW0([2:1])，bank0只支持两种位宽16/32。
BANK控制寄存器BANKCONx(x为0-5)，控制BANK0-BANK5外接设备的访问时序，使用默认的0x0700即可满足TQ2440开发板。
BANK控制寄存器BANKCONx(x为6-7)，在8个BANK中，只有BANK6和BANK7可以外接SRAM或SDRAM，因此其设置方法有所不同。

刷新控制寄存器REFRESH

BANKSIZE寄存器

SDRAM模式设置寄存器MRSRBx（6-7）

3、存储控制器实验;点亮LED灯
 从NAND Flash启动CPU时，CPU会通过内部的硬件将NAND Flash开始的4KB数据复制到称为Steppingstone的4KB的内部RAM中(起始地址为0)，然后跳转到地址0开始执行。
 本实验先使用汇编语言设置好存储控制器，使外接的SDRAM可用，然后把程序本身从Steppingstone复制到SDRAM，最后跳转到SDRAM中执行。
首先在head.S文件中，完成的工作是设置SDRAM，将程序复制到SDRAM中，然后跳转到SDRAM继续执行。

.equ        MEM_CTL_BASE,       0x48000000
.equ        SDRAM_BASE,           0x30000000

.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

在leds.c文件中，完成led循环闪烁的实验：

#define GPBCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
#define GPBDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

/*
 * LED1,LED2,LED4对应GPB5、GPB6、GPB7、GPB8
 */
#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(volatile unsigned long dly)
{
    for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
    unsigned long i = 0;

    // LED1,LED2,LED3,LED4对应的4根引脚设为输出
    GPBCON = GPB5_out | GPB6_out | GPB7_out | GPB8_out;

    while(1){
        wait(30000);
        GPBDAT = (~(i<<5));     // 根据i的值，点亮LED1,2,3,4
        if(++i == 16)
            i = 0;
    }

    return 0;
}

Makefile的编写为：

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     #链接代码段的起始地址为0x30000000
    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

代码的具体流程图为：
    
   

实验结果：


 相比于直接在内部SRAM运行结果，可以发现在外部SDRAM运行的LED点灯程序，LED闪烁变慢 。本程序只能将内部SRAM的4KB程序复制到外部SDRAM，当程序大于4KB时，要复制4KB后的代码，就需要使用NAND Flash控制器。
实验代码