S3C2410外圍存儲(chǔ)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　Ｓａｍｓｕｎｇ公司推出的基于ＡＲＭ９２０Ｔ內(nèi)核的１６／３２位ＲＩＳＣ微處理器Ｓ３Ｃ２４１０，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，Ｓ３Ｃ２４１０提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備。其中加強(qiáng)的ＡＲＭ體系結(jié)構(gòu)ＭＭＵ用于支持ＷｉｎＣＥ，ＥＰＯＣ３２和Ｌｉｎｕｘ。隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電子產(chǎn)品的功能日益強(qiáng)大，而嵌入式操作系統(tǒng)可以有效地管理各項(xiàng)功能，并且能夠縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，因此將微處理器與嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)成為一種趨勢(shì)，然而微處理器的片內(nèi)存儲(chǔ)資源有限，若要進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的移植，必須擴(kuò)展其存儲(chǔ)系統(tǒng)。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，深入理解其存儲(chǔ)系統(tǒng)原理和有效地管理存儲(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［１］。

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　　ＡＲＭ９２０Ｔ內(nèi)核提供了３２位的地址總線，可以訪問(wèn)４Ｇ（２３２）的線性地址空間，而Ｓ３Ｃ２４１０的內(nèi)部地址總線是３０ｂｉｔ（ＨＡＤＤＲ［２９：０］），能夠訪問(wèn)的最大外部地址空間是２３０，即１Ｇ的地址空間０ｘ００００００００～０ｘ３ＦＦＦＦＦＦＦＦ，可見(jiàn)Ｓ３Ｃ２４１０僅利用了ＡＲＭ９２０Ｔ的３２位地址總線的低３０位，并且是一一對(duì)應(yīng)相連的［１］。由表１可知Ｓ３Ｃ２４１０將１Ｇ的外部地址空間分成了８?jìng)€(gè)存儲(chǔ)器組，每個(gè)組的大小為１２８Ｍ，其中６個(gè)用于ＲＯＭ、ＳＲＡＭ等存儲(chǔ)器，２個(gè)用于ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等存儲(chǔ)器。基于芯片體積及成本的考慮，當(dāng)Ｓ３Ｃ２４１０對(duì)外尋址時(shí)，采用了部分譯碼的方式，即低位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片內(nèi)尋址，而高位地址線用于外圍存儲(chǔ)器的片外尋址。如表１所示，由于每個(gè)存儲(chǔ)器組的起始地址及空間大小固定，對(duì)于系統(tǒng)要訪問(wèn)的任意外部地址，Ｓ３Ｃ２４１０可以方便地利用內(nèi)部地址總線的高３位ＨＡＤＤＲ［２９：２７］來(lái)選擇該地址屬于哪一個(gè)存儲(chǔ)器組（Ｂａｎｋ），從而激活相應(yīng)的Ｂａｎｋ選擇信號(hào)，并且使用外部地址總線Ａ［２６：０］來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)Ｂａｎｋ的內(nèi)部尋址，尋址范圍為１２８Ｍ（２２７），從而使得其外圍地址訪問(wèn)空間為１ＧＢ（１２８ＭＢ×８）。Ｓ３Ｃ２４１０正是通過(guò)這種機(jī)制來(lái)完成外部地址空間的尋址全過(guò)程。

　　　Ｓ３Ｃ２４１０訪問(wèn)ＳＤＲＡＭ地址空間的過(guò)程比較難理解，這主要和ＳＤＲＡＭ的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有關(guān)。為了更深入地理解其尋址機(jī)制，筆者以ＳＤＲＡＭ芯片ＨＹ５７Ｖ５６１６２０Ｂ（３２ＭＢ）為例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。該芯片的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是４Ｂａｎｋｓ×４Ｍ×１６Ｂｉｔ，即共有４個(gè)Ｂａｎｋ，每個(gè)Ｂａｎｋ中有４Ｍ個(gè)半字（１６Ｂｉｔ）。Ｂａｎｋ地址可以通過(guò)ＢＡ［１：０］與地址總線的高位相連來(lái)確定，具體ＢＡ［１：０］與哪個(gè)地址位相連，不同的ＳＤＲＡＭ存儲(chǔ)系統(tǒng)有不同的方案，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［３］。而每個(gè)Ｂａｎｋ中的存儲(chǔ)單元由行地址和列地址來(lái)唯一標(biāo)識(shí)［１］，該芯片通過(guò)行地址鎖存引腳ｎＲＡＳ和列地址鎖存引腳ｎＣＡＳ分別與Ｓ３Ｃ２４１０的引腳ｎＳＲＡＳ（ＳＤＲＡＭ行地址選通信號(hào)）和ｎＳＣＡＳ（ＳＤＲＡＭ列地址選通信號(hào)）連接，從地址總線獲得行地址和列地址。而且列地址的位數(shù)可以在ＢＡＮＫＣＯＮｎ（ｎ＝６，７）的中的ＳＣＡＮ——ＢＡＮＫＣＯＮｎ?。郏保海埃輥?lái)配置，００＝８－ｂｉｔ，０１＝９－ｂｉｔ，１０＝１０－ｂｉｔ，其復(fù)位值為００，即８ｂｉｔ。

　　在實(shí)際工作中，如圖１所示，在第３個(gè)總線時(shí)鐘，ｎＳＣＳ為低電平，表示ＳＤＲＡＭ被選中，并且地址線的Ｂａｎｋ地址與相應(yīng)的行地址同時(shí)發(fā)出，這個(gè)命令稱之為“行有效”或“行激活”（Ｒｏｗ?。粒悖簦椋觯澹４藭r(shí)ＳＤＲＡＭ將行地址鎖存（ｎＳＲＡＳ有效），但還沒(méi)有執(zhí)行寫(xiě)命令（ｎＷＥ為高電平），因?yàn)闆](méi)有列地址（ｎＳＣＡＳ為高電平），存儲(chǔ)單元無(wú)法確定。經(jīng)過(guò)Ｔｒｃｄ（ＲＡＳ至ＣＡＳ延遲）后，ＳＤＲＡＭ再次被選中（ｎＳＣＳ為低電平），此時(shí)ｎＳＣＡＳ為低電平，指示ＳＤＲＡＭ此時(shí)地址線上的地址為列地址，同時(shí)ｎＷＥ有效，寫(xiě)操作被執(zhí)行?？梢?jiàn)發(fā)送列地址尋址命令與具體的操作命令（是讀還是寫(xiě)），這兩個(gè)命令也是同時(shí)發(fā)出的，所以一般都會(huì)以“讀／寫(xiě)命令”來(lái)表示列尋址，相關(guān)的列地址被選中之后，將會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。至此，Ｓ３Ｃ２４１０對(duì)ＳＤＲＡＭ的尋址就完成了?？梢?jiàn)，Ｓ３Ｃ２４１０將地址總線上的地址分成行地址和列地址并分開(kāi)傳輸給ＳＤＲＡＭ?；谏鲜龅膶ぶ窓C(jī)制，由ＢＡ［１：０］和１２根地址線就可以尋址３２Ｍ或更大的地址空間了。

　　圖?。薄。樱常茫玻矗保啊。樱模遥粒蜁r(shí)序圖

　?。病〈鎯?chǔ)器控制器和相關(guān)引腳介紹

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　?。樱常茫玻矗保按鎯?chǔ)器控制器主要有：總線帶寬和等待控制寄存器（ＢＷＳＣＯＮ）；總線控制寄存器（ＢＡＮＫＣＯＮＮ：ｎＧＣＳ０－ｎＧＣＳ５）；ＢＡＮＫ控制寄存器（ＢＡＮＫＣＯＮｎ：ｎＧＣＳ６－ｎＧＣＳ７）；刷新控制寄存器（ＲＥＦＲＥＳＨ）；ＢＡＮＫＳＩＺＥ寄存器；ＳＤＲＡＭ模式寄存器集寄存器（ＭＲＳＲ）等，詳情請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)［３］。

　?。玻蚕嚓P(guān)引腳

　　Ｓ３Ｃ２４１０提供了相關(guān)的引腳來(lái)控制存儲(chǔ)器訪問(wèn)：

　　組選擇信號(hào)：ｎＧＣＳ０－ｎＧＣＳ５，ｎＧＣＳ６（ｎＳＣＳ０），ｎＧＣＳ７（ｎＳＣＳ１）引腳用來(lái)選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)器組。

　　訪問(wèn)控制信號(hào)：為了實(shí)現(xiàn)ＡＲＭ存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令ＬＤＲ／ＳＴＲ字節(jié)、半字和字訪問(wèn)的三種方式，在Ｓ３Ｃ２４１０的存儲(chǔ)器組中，除了Ｂａｎｋ０以外的所有地址空間都可以通過(guò)編程設(shè)置為８位、１６位或３２位對(duì)準(zhǔn)訪問(wèn)，Ｂａｎｋ０可以設(shè)置為１６位或３２位。引腳ｎＷＢＥ［３：０］（寫(xiě)字節(jié)使能）實(shí)現(xiàn)８ｂｉｔ　ＲＯＭ芯片組的三種訪問(wèn)方式，或者ＳＲＡＭ不使用ＵＢ／ＬＢ（在ＢＷＳＣＯＮ中設(shè)置）的情況下，與ＵＢ／ＬＢ連接。引腳ｎＢＥ［３：０］（在使用ＳＲＡＭ情況下的字節(jié)允許信號(hào)）在ＳＲＡＭ使用ＵＢ／ＬＢ（是否使用可在ＢＷＳＣＯＮ中設(shè)置）的情況下與ＵＢ／ＬＢ連接。ＤＱＭ［３：０］（ＳＤＲＡＭ數(shù)據(jù)屏蔽信號(hào)）引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)ＳＤＲＡＭ的三種訪問(wèn)。還有ｎＷＡＩＴ、ｎＸＢＲＥＱ／ｎＸＢＡＣＫ引腳。