基于S3C4510B微處理器和uClinux實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.　引言

對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，深刻地理解其存儲(chǔ)系統(tǒng)的尋址原理和有效的管理存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)正確高效地設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件和底層軟件編程具有重要的意義。目前嵌入式系統(tǒng)中最常用的存儲(chǔ)器包括有EEPROM、FLASH、Normal　DRAM和Sync.DRAM等。本文所采用的存儲(chǔ)器包括有SDRAM和FLASH。S3C4510B（以下簡(jiǎn)稱4510）微處理器是構(gòu)建在ARM核ARM7TDMI之上的，ARM7TDMI的地址總線為32位的，4510的內(nèi)部系統(tǒng)總線卻是26bit：SA［25:0］，它的外部地址總線卻是22bit：ADDR［21:0］，它們之間是如何譯碼的，而僅用14根外部地址總線為什么能夠訪問(wèn)多達(dá)16MB的內(nèi)存地址空間，本文就試圖回答這些問(wèn)題。最后還介紹了基于S3C4510B的存儲(chǔ)系統(tǒng)在硬件級(jí)別上的設(shè)計(jì)即接口設(shè)計(jì)和uClinux中對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)編程的實(shí)現(xiàn)。

2.基于S3C4510B的存儲(chǔ)系統(tǒng)原理

2.1.32位地址總線與26位內(nèi)部系統(tǒng)總線的關(guān)系

ARM7TDMI把存儲(chǔ)器看作是從零向上增長(zhǎng)的許多字節(jié)的線性集合，0字節(jié)到3字節(jié)為第一個(gè)字，4字節(jié)到7字節(jié)為第二個(gè)字如此等等，它的地址總線是32位的，而4510的內(nèi)部系統(tǒng)總線卻是26bit的，也就是說(shuō)它能夠?qū)ぶ返淖畲罂臻g是226byte，即64MB的地址空間0x0000000～0x3FFFFFF。很顯然構(gòu)建在ARM7TDMI上的RISC 微控制器4510的內(nèi)部地址總線僅用到了ARM7TDMI的32位地址總線的低26位，并且是一一對(duì)應(yīng)的相連。

2.2.4510尋址原理

基于S3C4510B微處理器和uClinux實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4510采用了統(tǒng)一編址的方式，將系統(tǒng)的片內(nèi)、片外存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器和外部的I/O設(shè)備都映射到了64MB的地址空間，同時(shí)為便于管理，又將地址空間分為若干個(gè)存儲(chǔ)器組（Bank），包括6個(gè)ROM　Bank、4個(gè)DRAM　Bank、內(nèi)部SRAM和特殊寄存器組等，每一個(gè)存儲(chǔ)器組都對(duì)應(yīng)一個(gè)控制寄存器，可以通過(guò)配置其中的基指針（Base　Pointer）和尾指針（End　Pointer）來(lái)設(shè)定每個(gè)存儲(chǔ)器組的大小和位置。上圖是DRAM＃（＃取0~3）組的控制寄存器。［19:10］是DRAM組基指針，該設(shè)定值左移16位即為DRAM＃組的起始物理地址。因此我們可以推出每個(gè)存儲(chǔ)器組的位置是通過(guò)4510的26位系統(tǒng)地址總線中高10位SA［25:16］來(lái)設(shè)定和區(qū)分的。［29:20］是DRAM組尾指針，該設(shè)定值左移16位－1即為DRAM#組的結(jié)束物理地址。因此我們還可以推出只要設(shè)定了任意一組控制寄存器中的基指針和尾指針，也就確定了該組存儲(chǔ)器在4510可尋址空間64MB中的位置和該組存儲(chǔ)器的大小，另一方面還可以得出如下結(jié)論：對(duì)于任一要尋址的系統(tǒng)地址，可以通過(guò)該地址的高10位來(lái)判斷它屬于哪一個(gè)存儲(chǔ)器組，而該地址的低16位就是它在所判斷存儲(chǔ)器組中的偏移地址。事實(shí)上4510正是通過(guò)這種機(jī)制來(lái)尋址的。4510把請(qǐng)求地址的高10位與所有的存儲(chǔ)器組的基指針相減來(lái)實(shí)現(xiàn)組選擇和計(jì)算偏移地址。當(dāng)選定了組和計(jì)算出偏移地址，4510就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的組選擇信號(hào)并且通過(guò)物理地址總線用偏移地址去尋址外部存儲(chǔ)器，從而完成了尋址的全過(guò)程。

2.3.26位內(nèi)部系統(tǒng)地址總線與22根外部地址總線的關(guān)系

4510通過(guò)設(shè)定寄存器EXTDBWIHD的值可以支持同外部存儲(chǔ)器的8、16、32位接口，而SA［25:0］到ADDR［21:0］的地址譯碼就是依賴于這個(gè)不同接口的數(shù)據(jù)寬度。當(dāng)4510發(fā)出字訪問(wèn)信號(hào)時(shí)，存儲(chǔ)系統(tǒng)忽略低2位SA［1:0］，即SA［2］與ADDR［0］相連，依次類推，直到SA［23］與ADDR［21］相連，同理當(dāng)發(fā)出半字訪問(wèn)信號(hào)時(shí)，存儲(chǔ)系統(tǒng)忽略低位SA［0］，即SA［1］與ADDR［0］相連，依次類推，這樣做的目的就是在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)4510的地址總線可以方便地與存儲(chǔ)器的地址總線一一對(duì)應(yīng)連接即可。

2.4.SDRAM的尋址問(wèn)題

基于S3C4510B微處理器和uClinux實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

以SDRAM芯片HY57V1620HG為例說(shuō)明。該芯片的內(nèi)部存儲(chǔ)組織是4Banks*1M*16Bit，即共有4個(gè)Banks，每Bank中有1M個(gè)半字（16Bit）。因?yàn)樵撔酒_中有行地址鎖存引腳＃RAS和列地址鎖存引腳＃CAS，所以我們可以把每Bank看作如下圖所示的一張存儲(chǔ)單元陣列表格。其中每一個(gè)表格代表16Bit的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。在實(shí)際工作中，首先Bank地址與相應(yīng)的行地址是同時(shí)發(fā)出的，然后再同時(shí)發(fā)送列地址尋址命令與具體的操作命令（是讀還是寫(xiě)），這時(shí)我們就先后選中了Bank、行地址和列地址，因此也就唯一確定了該存儲(chǔ)單元陣列表格中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。至此我們就能明白了僅用它的12根地址線卻能夠訪問(wèn)8MB地址空間的問(wèn)題。

3.存儲(chǔ)系統(tǒng)接口電路具體設(shè)計(jì)

基于S3C4510B微處理器和uClinux實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

從2.2節(jié)的分析可以知道所謂的片選信號(hào)對(duì)4510來(lái)說(shuō)就是存儲(chǔ)器組選擇信號(hào)。4510把nRCS《5：0》用作FLASH的片選信號(hào)，把nSDCS［3:0］用作SDRAM的片選信號(hào)。從參考文獻(xiàn)3看到HY57V1620的LDQM和UDQM兩引腳是起到Data　Input/Output　Mask的作用。存儲(chǔ)系統(tǒng)是如何利用這兩個(gè)引腳的呢？當(dāng)4510執(zhí)行內(nèi)存中半字?jǐn)?shù)據(jù)讀取指令LDRH、字節(jié)數(shù)據(jù)讀取指令LDRB等指令時(shí)，這兩個(gè)引腳就發(fā)揮作用了。例如當(dāng)執(zhí)行LDRB時(shí)，4510就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)使得SDRAM1的UDQM、SDRAM2的LDQM和UDQM有效，就是它們把32位數(shù)據(jù)中的高24位屏蔽掉，從而進(jìn)行字節(jié)讀取。LDQM是Low　（byte）DQ　Mask的縮寫(xiě)。UDQM則是Upper?。╞yte）　DQ　Mask的縮寫(xiě)。DQ指SDRAM的輸入/輸出數(shù)據(jù)。

上圖是存儲(chǔ)系統(tǒng)電路原理圖。兩片HY57V1620的并聯(lián)設(shè)計(jì)是為了充分發(fā)揮32位MPU的性能

4.存儲(chǔ)系統(tǒng)在嵌入式操作系統(tǒng)uClinux中的實(shí)現(xiàn)與配置

所謂的存儲(chǔ)系統(tǒng)在uClinux中的實(shí)現(xiàn)與配置實(shí)質(zhì)上就是對(duì)4510的各個(gè)存儲(chǔ)器組的控制寄存器進(jìn)行設(shè)置。此處運(yùn)用的是uClinux-Samsung-20020318.tar.gz版本。所謂配置存儲(chǔ)系統(tǒng)所有的4510相關(guān)特殊寄存器的宏定義在Linux-2.4.x/Include/Asm-armnommu/Arch-samsung/Hardware.h中。部分代碼如下：

…。.

#define　DSR0（2《《0）/*ROM　Bank0數(shù)據(jù)寬度為半字*/

…。.

#define　DSD0（3《《12）/*RAM　Bank0數(shù)據(jù)寬度為字*/

…。.

#define　ROM_BASE0_R（（0x00000000》》16）《《10）/*ROM　Bank0的基指針是0x000*/

…。.

#define　SDRAM_BASE0_R（（0x01000000》》16）《《10）？/*RAM　Bank0基指針是0x0100*/

真正進(jìn)行存儲(chǔ)系統(tǒng)映射的代碼在Linux-

2.4.x/Arch/Armnommu/Boot/Compressed/head.S部分代碼如下：

……。

#ifdef　CONFIG_ARCH_SAMSUNG

ldr　r0，=SYSCFG/*設(shè)定系統(tǒng)寄存器的值*/

ldr　r1，=rSYSCFG

str　r1，［r0］

adr　r0，SDRAM_SYSINIT_RESET/*設(shè)定初始化存儲(chǔ)映射*/

ldmia　r0，{r1-r12}

ldr　r0，=SYS_INIT_BASE/*該宏定義位于上面提到的Hardware.h中，是外部存儲(chǔ)寄存器組中第一個(gè)寄存器的地址*/

stmia　r0，{r1-r12}

……

5.結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了本人在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的關(guān)于存儲(chǔ)系統(tǒng)方面問(wèn)題，希望因同樣問(wèn)題感到迷惑的開(kāi)發(fā)人員能從本文中獲得啟發(fā)和幫助，從而能夠從更深的層次上理解和設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件。

責(zé)任編輯：gt

閱讀全文