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一粒金砂(中级)

【GD32450I-EVAL】+ 06SDRAM介绍 [复制链接]

本帖最后由 DDZZ669 于 2020-10-4 17:28 编辑

1 SDRAM

         RAM,可以理解为内存,程序在运行时需要的空间,GD32F450IK自带256K的RAM,当需要大内存的场合,就需要扩展RAM了。这块开发板上就搭配了一颗MT48LC16M16A2P的SDRAM。

1.1 SDRAM数据存储基本原理

          板子上的SDRAM型号为:MT48LC16M16A2P-6AIT,它的原理图如下:

1.png

           每个引脚的作用如下表所示:

2.png

         SDRAM内部分为多个叫做 Bank 的 区域,允许设备以交错的方式进行访问,以获取更大的并发性和数据传输量。 每个Bank 可以认为是一个矩阵,其中每个地址对应存储器存储宽度的空间,矩阵 由行和列构成,因此存储器的Bank大小可以认为是存储器数据宽度行数列 数。

        如下图所示,对于这个存储阵列,我们可以将其看成是一个表格,只需要给定行地址和列地址,就可以确定其唯一位置,这就是SDRAM寻址的基本原理。而一个SDRAM芯片内部,一般又有4个这样的存储单元(BANK0~BANK3),所以,在SDRAM内部寻址的时候,先指定BANK号和行地址,然后再指定列地址,就可以查找到目标地址。

5.png

      SDRAM寻址的时候:

           1 首先RAS信号为低电平,选通行地址,地址线A0~A12所表示的地址,会被传输并锁存到行地址译码器里面,作为行地址,

           2 同时BANK地址线上面的BS0,BS1所表示的BANK地址,也会被锁存,选中对应的BANK,

           3 然后,CAS信号为低电平,选通列地址,地址线A0~A12所表示的地址,会被传输并锁存到列地址译码器里面,作为列地址,

      这样,就完成了一次寻址。

 

1.2 板载SDRAM型号分析

      再来看一下MT48LC16M16A2P-6AIT这个型号的命名含义,可以查看它的数据手册:

3.png

      这里还有一些表格介绍:

4.png

      MT48LC16M16A2P-6AIT的存储结构为:

  • 行地址:8192个(8K)
  • 列地址:512个
  • BANK数:4个
  • 位宽:16位

     这样,整个芯片的容量为8192*512*4*16=32M 字节。

1.3 SDRAM控制逻辑

       控制SDRAM需要用到一系列的命令,各种信号线状态组合产生不同的控制命令。

      由于数据易失的特性, SDRAM 需要周期性的刷新。 EXMC 支持两种刷新模式,自刷新和自动刷新 。 自刷新是在EXMC挂起的低功耗模式 中使用, 由 SDRAM 内部计数提供 时钟,内部进行刷新。 自动刷新是由EXMC 周期 性的 提供 刷新命令, 因为此时SDRAM 需要进行数据传输 ,刷新间隔由寄存器 EXMC_SDARI 位 ARINTV 决定 ,连续刷新次数由寄存器 EXMC_SDCMD 位NARF 决定 。

6.png

         DRAM并不是上电后立即就可以开始读写数据的,它需要按步骤进行初始化,对存储矩阵进行预充电、刷新并设置模式寄存器等。

        SDRAM初始化过程:

7.png

  • 上电

               给SDRAM供电,使能CLK时钟,注意上电后,要等待最少200us,再发送其他指令。

  • 发送NOP

               发送NOP(No Operation命令)

  • 发送PRECHARGE

              发送预充电命令,给所有Bank预充电。

  • 发送AUTO REFRESH

               至少要发送发送8次自刷新命令, 每一个自刷新命令之间的间隔时间为tRFC。

  • 设置LOAD MODE REGISTER

               发送模式寄存器的值,配置SDRAM的工作参数。配置完成后,需要等待tMRD(也叫tRSC),使模式寄存器的配置生效,才能发送其他命令。

  • 完成

              经过前面的操作,SDRAM的初始化就完成了,接下来就可以发送激活命令和读/写命令,进行数据的读/写了。

2 EXMC

         GD32的外部存储器控制器 EXMC ,用来访问各种片外存储器,通过配置寄存器, EXMC 可以把 AMBA协议转换为专用的片外存储器通信协议, 包括 SRAM、ROM、NOR Flash、NAND Flash、PC Card 和 SDRAM 。用户还可以调整相关的时间参数来提高通信效率 。 EXMC模块划分为许多个子Bank ,每个Bank支持特定的存储器类型,用户可以通过对 Bank 的寄存器配置来控制外部存储器。

         EXMC由 6 个模块组成: AHB总线 接口, EXMC 配置 寄存器, NOR/PSRAM 控制器 NAND/PC Card 控制器 SDRAM 控制器 和外部设备接口。 AHB 时钟 HCLK 是参考 时钟。

10.png

          EXMC将外部存储器分成多个Bank,每个Bank占256M字节,其中Bank0又分为4个Region,每个Region占64M字节。Bank1和Bank2又都被分成2个Section,分别是属性存储空间和通用存储空间。Bank3分成3个Section,分别是属性存储空间,通用存储空间和I/O存储空间。每个Bank和Region都有独立的片选控制信号,也都能进行独立的配置。

  • Bank0用于访问NOR、PSRAM设备。
  • Bank1和Bank2用于连接NAND Flash,且每个Bank连接一个NAND。
  • Bank3用于连接PC卡。
  • SDRAM Device0和SDRAM Device1用于连接SDRAM。

8.png

           EXMC 把SDRAM的存储区域分成了device0 和device01两块,SDRAM 地址映射如下图:

9.png

3 程序分析

       看一下SDRAM例程,首先是主函数:

int main(void)
{
    uint16_t i = 0;

    /* LED initialize */
    gd_eval_led_init(LED1);
    gd_eval_led_init(LED3);
    
    /* systick clock configure */
    systick_config();
    
    /* config the USART */
    gd_eval_com_init(EVAL_COM1);
	
	/* fill txbuffer */
    fill_buffer(txbuffer, BUFFER_SIZE, 0x0000);
    
	//===============SDRAM初始化===================
    /* config the EXMC access mode */
    exmc_synchronous_dynamic_ram_init(EXMC_SDRAM_DEVICE0);//SDRAM device0: 0x00000004U
    
    printf("\r\nSDRAM initialized!");
    delay_1ms(1000);
    
	//===============写入SDRAM===================
    printf("\r\nSDRAM write data...");
    delay_1ms(1000);
    
    /* write data to SDRAM */
    sdram_writebuffer_8(EXMC_SDRAM_DEVICE0,txbuffer, WRITE_READ_ADDR, BUFFER_SIZE);
    
	//===============读取SDRAM===================
    printf("\r\nSDRAM read data...");
    delay_1ms(1000);
    
    /* read data from SDRAM */
    sdram_readbuffer_8(EXMC_SDRAM_DEVICE0,rxbuffer, WRITE_READ_ADDR, BUFFER_SIZE);
    
	//===============检查写入与读出的是否相同===================
    printf("\r\nCheck the data!");
    delay_1ms(1000);
    
    /* compare two buffers */
    for(i = 0;i < BUFFER_SIZE;i++)
	{
        if (rxbuffer != txbuffer)
		{
            writereadstatus ++;
            break;
        }
    }

    if(writereadstatus)
	{
        printf("\r\nSDRAM test failed!");

        /* failure, light on LED3 */
        gd_eval_led_on(LED3);
    }
	else
	{
        printf("\r\nSDRAM test successed!");
        delay_1ms(1000);
        printf("\r\nThe data is:\r\n");
        delay_1ms(1000);
        for(i=0;i < BUFFER_SIZE;i++)
		{
            printf("%6x",rxbuffer);
            if(((i+1)%16) == 0)
			{
                printf("\r\n");
            }
        }
        /* success, light on LED1 */
        gd_eval_led_on(LED1);
    }

    while(1);
}

       先是各种外设初始化以及SDRAM的初始化,然后写入特定数据到SDRAM,再读出数据,最后比较写入与读出的是否相同。

       这里再来看一下SDRAM初始化的具体过程:

void exmc_synchronous_dynamic_ram_init(uint32_t sdram_device)
{
    exmc_sdram_parameter_struct        sdram_init_struct;
    exmc_sdram_timing_parameter_struct  sdram_timing_init_struct;
    exmc_sdram_command_parameter_struct     sdram_command_init_struct;

    uint32_t command_content = 0, bank_select;
    uint32_t timeout = SDRAM_TIMEOUT;

    /* enable EXMC clock*/
    rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOF);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOG);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOH);

    /* common GPIO configuration */
    /* SDNE0(PC2),SDCKE0(PC5) pin configuration */ 
    gpio_af_set(GPIOC, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_5);
    gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_5);
    gpio_output_options_set(GPIOC, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_5);

    /* D2(PD0),D3(PD1),D13(PD8),D14(PD9),D15(PD10),D0(PD14),D1(PD15) pin configuration */
    gpio_af_set(GPIOD, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
                                   GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
                                                         GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_output_options_set(GPIOD, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
                                                                     GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

    /* NBL0(PE0),NBL1(PE1),D4(PE7),D5(PE8),D6(PE9),D7(PE10),D8(PE11),D9(PE12),D10(PE13),D11(PE14),D12(PE15) pin configuration */
    gpio_af_set(GPIOE, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_7  | GPIO_PIN_8 |
                                   GPIO_PIN_9  | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                   GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_mode_set(GPIOE, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_7  | GPIO_PIN_8 |
                                                         GPIO_PIN_9  | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                                         GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_output_options_set(GPIOE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_7  | GPIO_PIN_8 |
                                                                     GPIO_PIN_9  | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                                                     GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

    /* A0(PF0),A1(PF1),A2(PF2),A3(PF3),A4(PF4),A5(PF5),NRAS(PF11),A6(PF12),A7(PF13),A8(PF14),A9(PF15) pin configuration */
    gpio_af_set(GPIOF, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_2  | GPIO_PIN_3  |
                                   GPIO_PIN_4  | GPIO_PIN_5  | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                   GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_mode_set(GPIOF, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_2  | GPIO_PIN_3  |
                                                         GPIO_PIN_4  | GPIO_PIN_5  | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                                         GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    gpio_output_options_set(GPIOF, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0  | GPIO_PIN_1  | GPIO_PIN_2  | GPIO_PIN_3  |
                                                                     GPIO_PIN_4  | GPIO_PIN_5  | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
                                                                     GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

    /* A10(PG0),A11(PG1),A12(PG2),A14(PG4),A15(PG5),SDCLK(PG8),NCAS(PG15) pin configuration */
    gpio_af_set(GPIOG, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_4 | 
                                   GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_15);
    gpio_mode_set(GPIOG, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_4 | 
                                                         GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_15);
    gpio_output_options_set(GPIOG, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_4 | 
                                                                     GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_15);
    /* SDNWE(PH5) pin configuration */
    gpio_af_set(GPIOH, GPIO_AF_12, GPIO_PIN_5);
    gpio_mode_set(GPIOH, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_5);
    gpio_output_options_set(GPIOH, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5);

    /* specify which SDRAM to read and write */
    if(EXMC_SDRAM_DEVICE0 == sdram_device)
    {
        bank_select = EXMC_SDRAM_DEVICE0_SELECT;
    }
    else
    {
        bank_select = EXMC_SDRAM_DEVICE1_SELECT;
    }

    /* EXMC SDRAM device initialization sequence --------------------------------*/
	//【1】配置SDRAM时间寄存器
    /* Step 1 : configure SDRAM timing registers --------------------------------*/
    /* LMRD: 2 clock cycles */
    sdram_timing_init_struct.load_mode_register_delay = 2;
    /* XSRD: min = 67ns */
    sdram_timing_init_struct.exit_selfrefresh_delay = 7; 
    /* RASD: min=42ns , max=120k (ns) */
    sdram_timing_init_struct.row_address_select_delay = 5;
    /* ARFD: min=60ns */
    sdram_timing_init_struct.auto_refresh_delay = 6;
    /* WRD:  min=1 Clock cycles +6ns */
    sdram_timing_init_struct.write_recovery_delay = 2;
    /* RPD:  min=18ns */
    sdram_timing_init_struct.row_precharge_delay = 2;
    /* RCD:  min=18ns */
    sdram_timing_init_struct.row_to_column_delay = 2;
    
	//【2】配置SDRAM控制寄存器
    /* step 2 : configure SDRAM control registers ---------------------------------*/
    sdram_init_struct.sdram_device = sdram_device;
    sdram_init_struct.column_address_width = EXMC_SDRAM_COW_ADDRESS_9;
    sdram_init_struct.row_address_width = EXMC_SDRAM_ROW_ADDRESS_13;
    sdram_init_struct.data_width = EXMC_SDRAM_DATABUS_WIDTH_16B;
    sdram_init_struct.internal_bank_number = EXMC_SDRAM_4_INTER_BANK;
    sdram_init_struct.cas_latency = EXMC_CAS_LATENCY_3_SDCLK; 
    sdram_init_struct.write_protection = DISABLE;
    sdram_init_struct.sdclock_config = EXMC_SDCLK_PERIODS_2_HCLK;  
    sdram_init_struct.brust_read_switch = ENABLE;
    sdram_init_struct.pipeline_read_delay = EXMC_PIPELINE_DELAY_1_HCLK;
    sdram_init_struct.timing  = &sdram_timing_init_struct;
    /* EXMC SDRAM bank initialization */
    exmc_sdram_init(&sdram_init_struct);

    //【3】配置CKE?
    /* step 3 : configure CKE high command---------------------------------------*/
    sdram_command_init_struct.command = EXMC_SDRAM_CLOCK_ENABLE;
    sdram_command_init_struct.bank_select = bank_select;
    sdram_command_init_struct.auto_refresh_number = EXMC_SDRAM_AUTO_REFLESH_1_SDCLK;
    sdram_command_init_struct.mode_register_content = 0;
    /* wait until the SDRAM controller is ready */ 
    while((exmc_flag_get(sdram_device, EXMC_SDRAM_FLAG_NREADY) != RESET) && (timeout > 0))
    {
        timeout--;
    }
    /* send the command */
    exmc_sdram_command_config(&sdram_command_init_struct);

	//【4】延时10ms
    /* step 4 : insert 10ms delay----------------------------------------------*/
    delay_1ms(10);

	//【5】配置预充电
    /* step 5 : configure precharge all command----------------------------------*/
    sdram_command_init_struct.command = EXMC_SDRAM_PRECHARGE_ALL;
    sdram_command_init_struct.bank_select = bank_select;
    sdram_command_init_struct.auto_refresh_number = EXMC_SDRAM_AUTO_REFLESH_1_SDCLK;
    sdram_command_init_struct.mode_register_content = 0;
    /* wait until the SDRAM controller is ready */
    timeout = SDRAM_TIMEOUT; 
    while((exmc_flag_get(sdram_device, EXMC_SDRAM_FLAG_NREADY) != RESET) && (timeout > 0))
    {
        timeout--;
    }
    /* send the command */
    exmc_sdram_command_config(&sdram_command_init_struct);

	//【6】配置自动刷新
    /* step 6 : configure Auto-Refresh command-----------------------------------*/
    sdram_command_init_struct.command = EXMC_SDRAM_AUTO_REFRESH;
    sdram_command_init_struct.bank_select = bank_select;
    sdram_command_init_struct.auto_refresh_number = EXMC_SDRAM_AUTO_REFLESH_8_SDCLK;
    sdram_command_init_struct.mode_register_content = 0;
    /* wait until the SDRAM controller is ready */ 
    timeout = SDRAM_TIMEOUT; 
    while((exmc_flag_get(sdram_device, EXMC_SDRAM_FLAG_NREADY) != RESET) && (timeout > 0))
    {
        timeout--;
    }
    /* send the command */
    exmc_sdram_command_config(&sdram_command_init_struct);

	//【7】配置装载模式寄存器
    /* step 7 : configure load mode register command-----------------------------*/
    /* program mode register */
    command_content = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1        |
                                SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |
                                SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |
                                SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
                                SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;

    sdram_command_init_struct.command = EXMC_SDRAM_LOAD_MODE_REGISTER;
    sdram_command_init_struct.bank_select = bank_select;
    sdram_command_init_struct.auto_refresh_number = EXMC_SDRAM_AUTO_REFLESH_1_SDCLK;
    sdram_command_init_struct.mode_register_content = command_content;

    /* wait until the SDRAM controller is ready */ 
    timeout = SDRAM_TIMEOUT; 
    while((exmc_flag_get(sdram_device, EXMC_SDRAM_FLAG_NREADY) != RESET) && (timeout > 0))
    {
        timeout--;
    }
    /* send the command */
    exmc_sdram_command_config(&sdram_command_init_struct);

	//【8】配置自动刷新频率
    /* step 8 : set the auto-refresh rate counter--------------------------------*/
    /* 64ms, 8192-cycle refresh, 64ms/8192=7.81us */
    /* SDCLK_Freq = SYS_Freq/2 */
    /* (7.81 us * SDCLK_Freq) - 20 */
    exmc_sdram_refresh_count_set(761);

    /* wait until the SDRAM controller is ready */ 
    timeout = SDRAM_TIMEOUT; 
    while((exmc_flag_get(sdram_device, EXMC_SDRAM_FLAG_NREADY) != RESET) && (timeout > 0))
    {
        timeout--;
    }
}

4 运行效果

       通过串口与LED显示运行效果,把读写的操作进行比较,如果数据一致,点亮LED1,否则点亮LED3,同时串口输出信息如下:

SDRAM initialized!
SDRAM write data...
SDRAM read data...
Check the data!
SDRAM test successed!
The data is:
     0     1     2     3     4     5     6     7     8     9     a     b     c     d     e     f
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...略

       这个例程,有时会运行失败。SDRAM的操作过程有些复杂,我还么有完全搞懂,有时间继续研究。

 

此帖出自GD32 MCU论坛

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