[攻克存储] s3c2440存储系统设计与思考

前面几篇文章分别讲述了存储系统的地址线链接方法、存储芯片的写屏蔽、存储系统的扩展，以及SDRAM/DDR的结构和寻址，本文将以ARM芯片s3c2440为例，从总体上描述一个包含有同时SDRAM、Nor Flash、Nand Flash的存储系统的设计、工做原理和注意事项。

    下面这幅原理图就是这样一个完整的存储系统，主控芯片是三星公司的ARM芯片s3c2440（未画出，但相关引脚都在图中的导线上的标号标出），该存储系统包含了一个SDRAM（HY57V561620），一个Nor Flash（Am29LV160DB）一个Nand Flash（K9F1208）。

    由该存储系统原理图，咱们提出如下几个问题，并一一解答：

   （1）SDRAM芯片和 Nor Flash芯片都链接了ARM芯片的地址线，他们各自在存储系统中的地址范围是多少？由什么决定当前访问的是哪个存储器 ？

   （2）若是但愿再扩展一个ROM存储器，如何连线，地址范围如何肯定？

   （3）Nand Flash芯片并无链接到ARM芯片的地址线，如何寻址？怎样选中它？

   （4）ARM芯片如何知道外接存储器的位宽，即8位、16位仍是32位？

   （5）程序代码可能存储在Nor Flash中，或者 Nand Flash中，系统启动时如何知道从哪一个存储器中读代码？ 

 

1. 首先回答第一个问题，存储芯片地址范围的肯定。

    参考s3c2440的datasheet，咱们能够找到该芯片的内存映射表（Memory Map），以下图：

    根据OM[1]和OM[0]引脚的不一样，内存映射的方式有细微差异（具体原理在本文后面讲述）。但基本能够看出，决定外接存储器的存储地址范围的因素主要是一组引脚 nGCS0[0]~nGCS[7] 。

    s3c2440芯片把存储系统分为了8个Bank，由nGCS0[0]~nGCS[7] 这8根引脚决定当前访问的是哪个Bank对应的存储器。其中，前6个Bank用于链接ROM或者SRAM（或者相似SRAM接口的存储器，如Nor Flash）（图中由SROM标识），而第7和第8个Bank用于链接SDRAM，而且规定由第7个Bank地址做为SDRAM的起始地址（即0x30000000）。

    原理图中，我已经将决定存储芯片起始地址的nGCS0x引脚用特殊的亮红色标记出来了。咱们能够看到，SDRAM芯片被链接到第7个Bank中，起始地址为0x30000000，而Nor Flash被链接到了第0个Bank，起始地址为0x0000000

2. 再回答第二个问题，如何添加新的存储芯片？

    其实，由第一个问题的解释，咱们基本上就知道该怎么回答这个问题了。若是添加的是SRAM或者ROM芯片，则天然是将ARM的地址线对应着芯片的地址线进行链接（链接方法在本系列第一篇文章中讲过），而后由 nGCS0[0]~nGCS[5] 这6根引脚中，任选一个还没有使用到的Bank，链接到新添加的芯片上，以决定其地址起始。例以下图，外接一个8位的ROM芯片，片选信号使用 nGCS1，查上面给出的内存映射得知，其起始地址为 0x08000000：

3.  而后解决第三个问题，Nand Flash芯片是如何选中和访问的？

    首先要了解Nand Flash的芯片原理，它不是直接经过地址线来寻址和访问的，而是有一套本身的读写擦除机制。该原理的介绍网上文章不少，这里再也不赘述。这里须要说明的是，Nand Flash芯片虽然不须要链接ARM的地址线来寻址，可是额外须要其余的一些引脚来控制对其的访问，例如图中的Nand Flash相关的控制引脚说明以下：

    对应的，ARM端（s3c2440）也为Nand Flash的访问单独提供这些引脚，正好对应链接，例如Nand Flash片选信号nCE链接到了ARM端的Nand Flash片选引脚nFCE上。当ARM须要访问Nand Flash时，就会使能这些相关的引脚，好比使能片选（nFCE），这样就选中了对应的Nand Flash芯片，而后进行读写擦除等操做。

4.  下面回答第四个问题，如何配置外接存储器的位宽？

    从s3c2440的datasheet能够找到，有一个寄存器是专门用于配置各个Bank外接存储器的位宽的，而且配置了该外接存储器是否使用写屏蔽（即写时序中是否分高字节和低字节）（在本系列第2篇文章中有描述），该寄存器说明以下：

    那么，加问一句，为何须要配置这个位宽呢？

    举个例子来讲明这个问题吧。

    假设 ARM 扩展了两片16MB的SRAM芯片，每片SRAM芯片为16位，扩展后，存储系统为32位，两片SRAM片选引脚均链接的是ARM芯片的 nGCS1。

    因为每一片芯片都是16MB，两片的地址增量应该是32MB。由于2^20=1MB，即0x0100000，那么32MB的话，应该是0x2000000，又起始地址链接到nGCS1，故地址范围为 0x8000000~0x10000000，即这个范围内的寻址都应该让nGCS1有效。

    因为 nGCS1决定起始地址0x8000000，而nGCS2决定起始地址0x10000000，那么，若是ARM不知道当前Bank外接的存储芯片的位宽，就没法计算出当前外接的这个存储系统的地址范围，当ARM须要访问0x10000000地址时，就可能会让nGCS2有效，从而没法访问到正确的SRAM芯片了。

5.  下面回答最后一个问题，系统的启动方式

    从s3c2440的datasheet能够知道，系统的启动方式由 OM[0]和OM[1]引脚的电平决定，即硬件决定。以下图：

    

    若是 OM[1:0]=00时，系统会选择从 Nand Flash 中读取代码启动（经过片内的BootSRAM中的启动程序从Nand Flash中拷贝前4KB的代码运行，从而启动整个系统，具体过程网上也有许多文章论述，在此也再也不赘述）；若是 OM[1:0]=01或者10，则从0x00000000位置启动，通常该位置链接的存储器为Nor Flash，从而直接从Nor Flash中读取代码启动。

    注意回答第一个问题时给出的内存映射图，不一样的启动方式，内存的映射是不一样的，当从Nand Flash启动时，片上的BootSRAM被映射到了高位地址（0x40000000），而非Nand Flash方式启动时，则映射到了0x00000000.

    到此，整个s3c2440的存储系统原理就基本说完了。由于s3c2440很是经常使用，市面上也有许多基于s3c2440的开发板，故以该芯片做为核心芯片来展开关于ARM存储系统原理的讨论，其余ARM芯片应该会有着相似的结构和原理，参考本文就应该不难理解了。

 

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