【GD32450I-EVAL】+ 06SDRAM介绍

只看该作者 · 2021-5-7 10:16

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：

每个引脚的作用如下表所示：

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。

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：

这里还有一些表格介绍：

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。

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：

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。

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。

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

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
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1a 1b 1c 1d 1e 1f
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2a 2b 2c 2d 2e 2f
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 3a 3b 3c 3d 3e 3f
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4a 4b 4c 4d 4e 4f
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5a 5b 5c 5d 5e 5f
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6a 6b 6c 6d 6e 6f
70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 7a 7b 7c 7d 7e 7f
80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 8a 8b 8c 8d 8e 8f
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 9a 9b 9c 9d 9e 9f
...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。

只看该作者 · 2021-5-7 10:17

SDRAM是用来存放数据的吗？还是什么用处？

只看该作者 · 2021-5-7 10:18

时钟调低点