S3C2440的裸奔 －－内存篇
作者： 泠瑛 网名： ling 网络团队: ARELY小组 更新日期：2012年07月21日 星期六 20时06分05秒
声明： 这是我个人学习ARM2440的笔记，主要参考了下面这些书，当然还远远不止这些。互联网上的开源技术资料和老师学长的指导都是我学习的源泉，当然ARELY小组的哥哥姐姐更是给予我全方位的支持，尤其是何君哥哥，他给予我的不仅是技术上的，还有精神上的鼓励和引导，谢谢大家，感谢开源文化！ 参考书目: 人民邮电出版社 《嵌入式Linux应用开发完全手册》 --韦东山著 机械工业出版社 《嵌入式Linux应用开发全程解析与实战》 --吴士力、刘奇、朱兰著 电子工业出版社 《嵌入式Linux系统实用开发》 --何永琪等著 人民邮电出版社 《Linux设备驱动开发详解》 --宋宝华著 电子工业出版社 《ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲》--张绮文、解书钢著 电子工业出版社 《嵌入式系统Linux内核开发实战指南》 --王洪辉著 北京航空航天大学出版社 《ARM LINUX入门与实践》 --方强、程昌南著 北京航空航天大学出版社 《嵌入式底层软件开发》 --杨铸、唐攀著
记得以前在手机上玩推箱子，有些关卡难到我头痛，于是郁闷、气急败坏，甚至会有丢手机的冲动，世界那么 大，为什么要在规定的小空间里和自己过不去呢！开发板上也一样，之前一直在一个4K大的Stepping stone里打转转， 可惜了那64MB的内存了。那么，今天就到拥有更广阔的天地里折腾一番吧。
s3c2440对外引出了27根地址线ADDR0~ADDR26,最多能寻址2的27次方，也就是128MB，但实际上s3c2440能够 寻址1G的地址空间，这是因为它还有8根片选信号线nGCS0~nGCS7,每根信号线对应一个128MB地址空间，这个空间被称作 BANK,所以s3c2440共有8个BANK -- BANK0～BANK7，当访问某个BANK时，其对应的nGCS信号引脚电平拉低，这和单 片机上的扩展IO的操作类同。s3c2440是32位的芯片，理论上支持2的32次方，即4GB的地址空间，除去上面8个BANK用掉的 1GB地址空间外，特殊功能寄存器占用了0x48000000~0x5b00001c这段地址空间，其它的地址空间没有被使用。 BANK0~BANK5可以连接ROM和SRAM类型的存储器，BANK6~BANK7可以连接ROM、SRAM、SDRAM类型的存储器， 最大支持256MB,mini2440将两片32MB，16bits位宽的SDRAM连接在了BANK6和BANK7上，并联构成64MB、32位宽的 内存。
在处理SDRAM内部的数据时需要先指定行，再指定列，即可访问到需要的数据，由行和列构成的矩阵称为存储阵列， 大家一般会把它叫作"L-BANK",但SDRAM里面不会只有一个存储阵列，这是因为如果只做一个存储阵列会造成严重的寻址 冲突并大幅度降低内存效率。所以一般人们都将内存分为4个存储阵列（这也是SDRAM规范中的最高L-BANK数量），访问时 每次只能访问一个，具体访问那个L-BANK可以通过内存的两个外接引脚BA0和BA1来决定，mini2440将addr24连接BA0、 addr25连接BA1,通过地址线24和地址线25来选择存储单元的4个L-BANK。
SDRAM只有13根地址线A0~A12,只能寻址8MB(2的13次方)的内存空间，由于每个内存内部划分成四个L-BANK,所以 通过addr24和addr25的配合，就可以寻址一个内存芯片的全部空间。开发板上一共有两片并联的32MB的SDRAM,每发送一次 地址信号，两片芯片都可以同时接收到，之后其中一片返回低16bits的数据，另一片返回高16bits的数据。下面是内存芯片和 cpu的引脚的连接表：
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- cpu引脚 内存芯片引脚 描述 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A2~A14 A0~A12 地址线 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- D0~D31 DQ0~DQ31 数据线，其中一片的DQ0~DQ15连接D0~D15,另一片的DQ0~DQ15连接D16~D31 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A24,A25 BA0,BA1 L-BANK选择信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- DQM0~DQM3 LDQM,UDQM 高低字节数据掩码信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- SCKE SCKE 输入时钟有效信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- SCLK SCLK 输入时钟 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSCS0 nSCS 片选信号（和nGCS6是同一个引脚，只是功能不同) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSRAS nSRAS 行地址选通信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSCAS nSCAS 列地址选通信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nWE nWE 写入有效信号 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
存储控制器的寄存器部分这里略过。
下面是启动代码:
@************************************************************************* @ File：head.S @ 功能：关闭看门狗,初始化时钟,初始化内存，将Stepping stone的数据 @复制到SDRAM， 然后跳到内存中继续运行main函数，循环点亮led灯。 @************************************************************************* @看门狗寄存器 .equ WTCON, 0x53000000 @看门狗控制寄存器 .equ WTDAT, 0x53000004 @看门狗数据寄存器 .equ WTCNT, 0x53000008 @看门狗计数寄存器 @系统时钟寄存器 .equ LOCKTIME, 0x4c000000 @变频锁定时间寄存器 .equ MPLLCON, 0x4c000004 @MPLL寄存器 .equ CLKDIVN, 0x4c000014 @分频比寄存器 @内存寄存器 .equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000 .equ SDRAM_BASE, 0x30000000 @定义64MB内存开始的地址 .equ SDRAM_END, 0x34000000 @定义64MB内存结束的地址 .text .global _start _start: bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启 bl init_clock @初始化系统时钟 bl memsetup @ 设置存储控制器 bl copy2sdram @ 复制代码到SDRAM中 ldr pc, =on_sdram @ 跳到SDRAM中继续执行 on_sdram: ldr sp, =SDRAM_END @ 设置堆栈,堆栈由高地址向低地址生长 bl main halt_loop: b halt_loop disable_watch_dog: mov r1, #WTCON mov r2, #0x0 @ 往WATCHDOG寄存器写0即可 str r2, [r1] mov pc, lr @ 返回 init_clock: @ 设置锁频时间 ldr r0, =LOCKTIME @取得LOCKTIME寄存器地址 ldr r1, =0x00ffffff @设置锁定时间 str r1, [r0] @将r1中的数据写入r0 @设置FCLK,HCLK,PCLK三者之间的比例，本来还需要设置CAMDIVN寄存器， @但这里设置成1:4:8,所以CAMDIVN使用默认值就可以了！ ldr r0, =CLKDIVN @取得CLKDIVN寄存器地址 mov r1, #0x05 @设定比例 str r1, [r0] @修改CPU总线模式 mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 orr r1, r1, #0xc0000000 mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 @倍频到400MHz ldr r0, =MPLLCON @MPLL控制寄存器 ldr r1, =0x0005c011 str r1, [r0] mov pc, lr @ 返回 copy2sdram: @ 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 copyloop: 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 copyloop @ 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 initmemloop: 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 initmemloop @ 若没有写成，继续 mov pc, lr @ 返回 @4字节对齐 .align 4 mem_cfg_val: @ 存储控制器13个寄存器的设置值 .long 0x22000000 @ 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 0x008E04F5 @ REFRESH .long 0x000000B1 @ BANKSIZE .long 0x00000030 @ MRSRB6 .long 0x00000030 @ MRSRB7 @******************************************************************************
C程序还是使用上次那个leds.c程序，这里就不再列出代码了! 然后是编译用的Makefile.
#****************************************************************************** #Makefile #****************************************************************************** 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 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 #******************************************************************************
编译之后得到sdram.bin,下载到开发板上运行。可以看到led闪烁的速度比上次慢了很多， 这是因为外部的SDRAM的性能比内部的SRAM差很多。但内部的SRAM只有4k，如果程序大于4k， 就需要想办法将存储在NAND中的代码复制到SDRAM中去运行。 注意：上面的代码只是把SRAM中的代码复制到SDRAM中运行，并不是将NAND Flash中的 代码复制到SDRAM中运行，处理器启动后自动将NAND Flash中的前4K复制到内部SRAM中， 关于这一点，原先我理解错了，谢谢哥哥纠正。
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S3C2440的裸奔 －－内存篇
作者： 泠瑛 网名： ling 网络团队: ARELY小组 更新日期：2012年07月21日 星期六 20时06分05秒
声明： 这是我个人学习ARM2440的笔记，主要参考了下面这些书，当然还远远不止这些。互联网上的开源技术资料和老师学长的指导都是我学习的源泉，当然ARELY小组的哥哥姐姐更是给予我全方位的支持，尤其是何君哥哥，他给予我的不仅是技术上的，还有精神上的鼓励和引导，谢谢大家，感谢开源文化！ 参考书目: 人民邮电出版社 《嵌入式Linux应用开发完全手册》 --韦东山著 机械工业出版社 《嵌入式Linux应用开发全程解析与实战》 --吴士力、刘奇、朱兰著 电子工业出版社 《嵌入式Linux系统实用开发》 --何永琪等著 人民邮电出版社 《Linux设备驱动开发详解》 --宋宝华著 电子工业出版社 《ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲》--张绮文、解书钢著 电子工业出版社 《嵌入式系统Linux内核开发实战指南》 --王洪辉著 北京航空航天大学出版社 《ARM LINUX入门与实践》 --方强、程昌南著 北京航空航天大学出版社 《嵌入式底层软件开发》 --杨铸、唐攀著
记得以前在手机上玩推箱子，有些关卡难到我头痛，于是郁闷、气急败坏，甚至会有丢手机的冲动，世界那么 大，为什么要在规定的小空间里和自己过不去呢！开发板上也一样，之前一直在一个4K大的Stepping stone里打转转， 可惜了那64MB的内存了。那么，今天就到拥有更广阔的天地里折腾一番吧。
s3c2440对外引出了27根地址线ADDR0~ADDR26,最多能寻址2的27次方，也就是128MB，但实际上s3c2440能够 寻址1G的地址空间，这是因为它还有8根片选信号线nGCS0~nGCS7,每根信号线对应一个128MB地址空间，这个空间被称作 BANK,所以s3c2440共有8个BANK -- BANK0～BANK7，当访问某个BANK时，其对应的nGCS信号引脚电平拉低，这和单 片机上的扩展IO的操作类同。s3c2440是32位的芯片，理论上支持2的32次方，即4GB的地址空间，除去上面8个BANK用掉的 1GB地址空间外，特殊功能寄存器占用了0x48000000~0x5b00001c这段地址空间，其它的地址空间没有被使用。 BANK0~BANK5可以连接ROM和SRAM类型的存储器，BANK6~BANK7可以连接ROM、SRAM、SDRAM类型的存储器， 最大支持256MB,mini2440将两片32MB，16bits位宽的SDRAM连接在了BANK6和BANK7上，并联构成64MB、32位宽的 内存。
在处理SDRAM内部的数据时需要先指定行，再指定列，即可访问到需要的数据，由行和列构成的矩阵称为存储阵列， 大家一般会把它叫作"L-BANK",但SDRAM里面不会只有一个存储阵列，这是因为如果只做一个存储阵列会造成严重的寻址 冲突并大幅度降低内存效率。所以一般人们都将内存分为4个存储阵列（这也是SDRAM规范中的最高L-BANK数量），访问时 每次只能访问一个，具体访问那个L-BANK可以通过内存的两个外接引脚BA0和BA1来决定，mini2440将addr24连接BA0、 addr25连接BA1,通过地址线24和地址线25来选择存储单元的4个L-BANK。
SDRAM只有13根地址线A0~A12,只能寻址8MB(2的13次方)的内存空间，由于每个内存内部划分成四个L-BANK,所以 通过addr24和addr25的配合，就可以寻址一个内存芯片的全部空间。开发板上一共有两片并联的32MB的SDRAM,每发送一次 地址信号，两片芯片都可以同时接收到，之后其中一片返回低16bits的数据，另一片返回高16bits的数据。下面是内存芯片和 cpu的引脚的连接表：
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- cpu引脚 内存芯片引脚 描述 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A2~A14 A0~A12 地址线 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- D0~D31 DQ0~DQ31 数据线，其中一片的DQ0~DQ15连接D0~D15,另一片的DQ0~DQ15连接D16~D31 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A24,A25 BA0,BA1 L-BANK选择信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- DQM0~DQM3 LDQM,UDQM 高低字节数据掩码信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- SCKE SCKE 输入时钟有效信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- SCLK SCLK 输入时钟 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSCS0 nSCS 片选信号（和nGCS6是同一个引脚，只是功能不同) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSRAS nSRAS 行地址选通信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nSCAS nSCAS 列地址选通信号 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- nWE nWE 写入有效信号 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
存储控制器的寄存器部分这里略过。
下面是启动代码:
@************************************************************************* @ File：head.S @ 功能：关闭看门狗,初始化时钟,初始化内存，将Stepping stone的数据 @复制到SDRAM， 然后跳到内存中继续运行main函数，循环点亮led灯。 @************************************************************************* @看门狗寄存器 .equ WTCON, 0x53000000 @看门狗控制寄存器 .equ WTDAT, 0x53000004 @看门狗数据寄存器 .equ WTCNT, 0x53000008 @看门狗计数寄存器 @系统时钟寄存器 .equ LOCKTIME, 0x4c000000 @变频锁定时间寄存器 .equ MPLLCON, 0x4c000004 @MPLL寄存器 .equ CLKDIVN, 0x4c000014 @分频比寄存器 @内存寄存器 .equ MEM_CTL_BASE, 0x48000000 .equ SDRAM_BASE, 0x30000000 @定义64MB内存开始的地址 .equ SDRAM_END, 0x34000000 @定义64MB内存结束的地址 .text .global _start _start: bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启 bl init_clock @初始化系统时钟 bl memsetup @ 设置存储控制器 bl copy2sdram @ 复制代码到SDRAM中 ldr pc, =on_sdram @ 跳到SDRAM中继续执行 on_sdram: ldr sp, =SDRAM_END @ 设置堆栈,堆栈由高地址向低地址生长 bl main halt_loop: b halt_loop disable_watch_dog: mov r1, #WTCON mov r2, #0x0 @ 往WATCHDOG寄存器写0即可 str r2, [r1] mov pc, lr @ 返回 init_clock: @ 设置锁频时间 ldr r0, =LOCKTIME @取得LOCKTIME寄存器地址 ldr r1, =0x00ffffff @设置锁定时间 str r1, [r0] @将r1中的数据写入r0 @设置FCLK,HCLK,PCLK三者之间的比例，本来还需要设置CAMDIVN寄存器， @但这里设置成1:4:8,所以CAMDIVN使用默认值就可以了！ ldr r0, =CLKDIVN @取得CLKDIVN寄存器地址 mov r1, #0x05 @设定比例 str r1, [r0] @修改CPU总线模式 mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0 orr r1, r1, #0xc0000000 mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0 @倍频到400MHz ldr r0, =MPLLCON @MPLL控制寄存器 ldr r1, =0x0005c011 str r1, [r0] mov pc, lr @ 返回 copy2sdram: @ 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 copyloop: 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 copyloop @ 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 initmemloop: 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 initmemloop @ 若没有写成，继续 mov pc, lr @ 返回 @4字节对齐 .align 4 mem_cfg_val: @ 存储控制器13个寄存器的设置值 .long 0x22000000 @ 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 0x008E04F5 @ REFRESH .long 0x000000B1 @ BANKSIZE .long 0x00000030 @ MRSRB6 .long 0x00000030 @ MRSRB7 @******************************************************************************
C程序还是使用上次那个leds.c程序，这里就不再列出代码了! 然后是编译用的Makefile.
#****************************************************************************** #Makefile #****************************************************************************** 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 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 #******************************************************************************
编译之后得到sdram.bin,下载到开发板上运行。可以看到led闪烁的速度比上次慢了很多， 这是因为外部的SDRAM的性能比内部的SRAM差很多。但内部的SRAM只有4k，如果程序大于4k， 就需要想办法将存储在NAND中的代码复制到SDRAM中去运行。 注意：上面的代码只是把SRAM中的代码复制到SDRAM中运行，并不是将NAND Flash中的 代码复制到SDRAM中运行，处理器启动后自动将NAND Flash中的前4K复制到内部SRAM中， 关于这一点，原先我理解错了，谢谢哥哥纠正。
ARELY的作品,包括文字、图片、音频、视频、软件、程序等如果没有特别声明均为原创，在遵守下列条件的情况下您可以自由的复制、发行、展览、表演、放映、广播或通过信息网络传播 相关作品。 1:署名. 您必须按照作者或者许可人指定的方式对作品进行署名并且不能更改作品的原始署名。 2:非商业性使用. 您不得将作品用于任何商业目的。 3:禁止演绎. 您不得修改、转换或者以本作品的部分或全部内容为基础进行创作。 4:对任何再使用或者发行，您都必须向他人清楚地展示本作品的全部原始内容以及作品所使用的许可协议条款。 5:如果得到著作权人的许可，您可以不受以上条款限制。对相关作品的使用以与著作权人达成的协议为准。
