[攻克存儲] s3c2440存儲系統設計與思考

前面幾篇文章分別講述了存儲系統的地址線鏈接方法、存儲芯片的寫屏蔽、存儲系統的擴展，以及SDRAM/DDR的結構和尋址，本文將以ARM芯片s3c2440爲例，從總體上描述一個包含有同時SDRAM、Nor Flash、Nand Flash的存儲系統的設計、工做原理和注意事項。

    下面這幅原理圖就是這樣一個完整的存儲系統，主控芯片是三星公司的ARM芯片s3c2440（未畫出，但相關引腳都在圖中的導線上的標號標出），該存儲系統包含了一個SDRAM（HY57V561620），一個Nor Flash（Am29LV160DB）一個Nand Flash（K9F1208）。

    由該存儲系統原理圖，咱們提出如下幾個問題，並一一解答：

   （1）SDRAM芯片和 Nor Flash芯片都鏈接了ARM芯片的地址線，他們各自在存儲系統中的地址範圍是多少？由什麼決定當前訪問的是哪個存儲器 ？

   （2）若是但願再擴展一個ROM存儲器，如何連線，地址範圍如何肯定？

   （3）Nand Flash芯片並無鏈接到ARM芯片的地址線，如何尋址？怎樣選中它？

   （4）ARM芯片如何知道外接存儲器的位寬，即8位、16位仍是32位？

   （5）程序代碼可能存儲在Nor Flash中，或者 Nand Flash中，系統啓動時如何知道從哪一個存儲器中讀代碼？ 

 

1. 首先回答第一個問題，存儲芯片地址範圍的肯定。

    參考s3c2440的datasheet，咱們能夠找到該芯片的內存映射表（Memory Map），以下圖：

    根據OM[1]和OM[0]引腳的不一樣，內存映射的方式有細微差異（具體原理在本文後面講述）。但基本能夠看出，決定外接存儲器的存儲地址範圍的因素主要是一組引腳 nGCS0[0]~nGCS[7] 。

    s3c2440芯片把存儲系統分爲了8個Bank，由nGCS0[0]~nGCS[7] 這8根引腳決定當前訪問的是哪個Bank對應的存儲器。其中，前6個Bank用於鏈接ROM或者SRAM（或者相似SRAM接口的存儲器，如Nor Flash）（圖中由SROM標識），而第7和第8個Bank用於鏈接SDRAM，而且規定由第7個Bank地址做爲SDRAM的起始地址（即0x30000000）。

    原理圖中，我已經將決定存儲芯片起始地址的nGCS0x引腳用特殊的亮紅色標記出來了。咱們能夠看到，SDRAM芯片被鏈接到第7個Bank中，起始地址爲0x30000000，而Nor Flash被鏈接到了第0個Bank，起始地址爲0x0000000

2. 再回答第二個問題，如何添加新的存儲芯片？

    其實，由第一個問題的解釋，咱們基本上就知道該怎麼回答這個問題了。若是添加的是SRAM或者ROM芯片，則天然是將ARM的地址線對應着芯片的地址線進行鏈接（鏈接方法在本系列第一篇文章中講過），而後由 nGCS0[0]~nGCS[5] 這6根引腳中，任選一個還沒有使用到的Bank，鏈接到新添加的芯片上，以決定其地址起始。例以下圖，外接一個8位的ROM芯片，片選信號使用 nGCS1，查上面給出的內存映射得知，其起始地址爲 0x08000000：

3.  而後解決第三個問題，Nand Flash芯片是如何選中和訪問的？

    首先要了解Nand Flash的芯片原理，它不是直接經過地址線來尋址和訪問的，而是有一套本身的讀寫擦除機制。該原理的介紹網上文章不少，這裏再也不贅述。這裏須要說明的是，Nand Flash芯片雖然不須要鏈接ARM的地址線來尋址，可是額外須要其餘的一些引腳來控制對其的訪問，例如圖中的Nand Flash相關的控制引腳說明以下：

    對應的，ARM端（s3c2440）也爲Nand Flash的訪問單獨提供這些引腳，正好對應鏈接，例如Nand Flash片選信號nCE鏈接到了ARM端的Nand Flash片選引腳nFCE上。當ARM須要訪問Nand Flash時，就會使能這些相關的引腳，好比使能片選（nFCE），這樣就選中了對應的Nand Flash芯片，而後進行讀寫擦除等操做。

4.  下面回答第四個問題，如何配置外接存儲器的位寬？

    從s3c2440的datasheet能夠找到，有一個寄存器是專門用於配置各個Bank外接存儲器的位寬的，而且配置了該外接存儲器是否使用寫屏蔽（即寫時序中是否分高字節和低字節）（在本系列第2篇文章中有描述），該寄存器說明以下：

    那麼，加問一句，爲何須要配置這個位寬呢？

    舉個例子來講明這個問題吧。

    假設 ARM 擴展了兩片16MB的SRAM芯片，每片SRAM芯片爲16位，擴展後，存儲系統爲32位，兩片SRAM片選引腳均鏈接的是ARM芯片的 nGCS1。

    因爲每一片芯片都是16MB，兩片的地址增量應該是32MB。由於2^20=1MB，即0x0100000，那麼32MB的話，應該是0x2000000，又起始地址鏈接到nGCS1，故地址範圍爲 0x8000000~0x10000000，即這個範圍內的尋址都應該讓nGCS1有效。

    因爲 nGCS1決定起始地址0x8000000，而nGCS2決定起始地址0x10000000，那麼，若是ARM不知道當前Bank外接的存儲芯片的位寬，就沒法計算出當前外接的這個存儲系統的地址範圍，當ARM須要訪問0x10000000地址時，就可能會讓nGCS2有效，從而沒法訪問到正確的SRAM芯片了。

5.  下面回答最後一個問題，系統的啓動方式

    從s3c2440的datasheet能夠知道，系統的啓動方式由 OM[0]和OM[1]引腳的電平決定，即硬件決定。以下圖：

    

    若是 OM[1:0]=00時，系統會選擇從 Nand Flash 中讀取代碼啓動（經過片內的BootSRAM中的啓動程序從Nand Flash中拷貝前4KB的代碼運行，從而啓動整個系統，具體過程網上也有許多文章論述，在此也再也不贅述）；若是 OM[1:0]=01或者10，則從0x00000000位置啓動，通常該位置鏈接的存儲器爲Nor Flash，從而直接從Nor Flash中讀取代碼啓動。

    注意回答第一個問題時給出的內存映射圖，不一樣的啓動方式，內存的映射是不一樣的，當從Nand Flash啓動時，片上的BootSRAM被映射到了高位地址（0x40000000），而非Nand Flash方式啓動時，則映射到了0x00000000.

    到此，整個s3c2440的存儲系統原理就基本說完了。由於s3c2440很是經常使用，市面上也有許多基於s3c2440的開發板，故以該芯片做爲核心芯片來展開關於ARM存儲系統原理的討論，其餘ARM芯片應該會有着相似的結構和原理，參考本文就應該不難理解了。

 

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