1.　引言

對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員來說，深刻地理解其存儲系統(tǒng)的尋址原理和有效的管理存儲系統(tǒng)對正確高效地設(shè)計嵌入式系統(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)中最常用的存儲器包括有EEPROM、FLASH、Normal　DRAM和Sync.DRAM等。本文所采用的存儲器包括有SDRAM和FLASH。S3C4510B（以下簡稱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多達16MB的內(nèi)存地址空間，本文就試圖回答這些問題。最后還介紹了基于S3C4510B的存儲系統(tǒng)在硬件級別上的設(shè)計即接口設(shè)計和uClinux中對存儲系統(tǒng)編程的實現(xiàn)。

2.基于S3C4510B的存儲系統(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把存儲器看作是從零向上增長的許多字節(jié)的線性集合，0字節(jié)到3字節(jié)為第一個字，4字節(jié)到7字節(jié)為第二個字如此等等，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，并且是一一對應(yīng)的相連。

2.2.4510尋址原理

4510采用了統(tǒng)一編址的方式，將系統(tǒng)的片內(nèi)、片外存儲器、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，同時為便于管理，又將地址空間分為若干個存儲器組（Bank），包括6個ROM　Bank、4個DRAM　Bank、內(nèi)部SRAM和特殊寄存器組等，每一個存儲器組都對應(yīng)一個控制寄存器，可以通過配置其中的基指針（Base　Pointer）和尾指針（End　Pointer）來設(shè)定每個存儲器組的大小和位置。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存儲器組的位置是通過4510的26位系統(tǒng)地址總線中高10位SA［25:16］來設(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器在4510可尋址空間64MB中的位置和該組存儲器的大小，另一方面還可以得出如下結(jié)論：對于任一要尋址的系統(tǒng)地址，可以通過該地址的高10位來判斷它屬于哪一個存儲器組，而該地址的低16位就是它在所判斷存儲器組中的偏移地址。事實上4510正是通過這種機制來尋址的。4510把請求地址的高10位與所有的存儲器組的基指針相減來實現(xiàn)組選擇和計算偏移地址。當(dāng)選定了組和計算出偏移地址，4510就會產(chǎn)生相應(yīng)的組選擇信號并且通過物理地址總線用偏移地址去尋址外部存儲器，從而完成了尋址的全過程。

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通過設(shè)定寄存器EXTDBWIHD的值可以支持同外部存儲器的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不同接口的數(shù)據(jù)寬度。當(dāng)4510發(fā)出字訪問信號時，存儲系統(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)出半字訪問信號時，存儲系統(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)計時4510的地址總線可以方便地與存儲器的地址總線一一對應(yīng)連接即可。

2.4.SDRAM的尋址問題

以SDRAM芯片HY57V1620HG為例說明。該芯片的內(nèi)部存儲組織是4Banks*1M*16Bit，即共有4個Banks，每Bank中有1M個半字（16Bit）。因為該芯片引腳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單元陣列表格。其中每一個表格代表16Bit的數(shù)據(jù)存儲單元。在實際工作中，首先Bank地址與相應(yīng)的行地址是同時發(fā)出的，然后再同時發(fā)送列地址尋址命令與具體的操作命令（是讀還是寫），這時我們就先后選中了Bank、行地址和列地址，因此也就唯一確定了該存儲單元陣列表格中的一個存儲單元。至此我們就能明白了僅用它的12根地址線卻能夠訪問8MB地址空間的問題。

3.存儲系統(tǒng)接口電路具體設(shè)計

從2.2節(jié)的分析可以知道所謂的片選信號對4510來說就是存儲器組選擇信號。4510把nRCS《5：0》用作FLASH的片選信號，把nSDCS［3:0］用作SDRAM的片選信號。從參考文獻3看到HY57V1620的LDQM和UDQM兩引腳是起到Data　Input/Output　Mask的作用。存儲系統(tǒng)是如何利用這兩個引腳的呢？當(dāng)4510執(zhí)行內(nèi)存中半字數(shù)據(jù)讀取指令LDRH、字節(jié)數(shù)據(jù)讀取指令LDRB等指令時，這兩個引腳就發(fā)揮作用了。例如當(dāng)執(zhí)行LDRB時，4510就會發(fā)出控制信號使得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，從而進行字節(jié)讀取。LDQM是Low?。╞yte）DQ　Mask的縮寫。UDQM則是Upper?。╞yte）　DQ　Mask的縮寫。DQ指SDRAM的輸入/輸出數(shù)據(jù)。

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

4.存儲系統(tǒng)在嵌入式操作系統(tǒng)uClinux中的實現(xiàn)與配置

所謂的存儲系統(tǒng)在uClinux中的實現(xiàn)與配置實質(zhì)上就是對4510的各個存儲器組的控制寄存器進行設(shè)置。此處運用的是uClinux-Samsung-20020318.tar.gz版本。所謂配置存儲系統(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*/

真正進行存儲系統(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，是外部存儲寄存器組中第一個寄存器的地址*/

stmia　r0，{r1-r12}

……

5.結(jié)束語

本文闡述了本人在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程中遇到的關(guān)于存儲系統(tǒng)方面問題，希望因同樣問題感到迷惑的開發(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)計整個系統(tǒng)的硬件和軟件。

責(zé)任編輯：gt