S3C2410外围存储系统的研究与设计

　　Ｓａｍｓｕｎｇ公司推出的基于ＡＲＭ９２０Ｔ内核的１６／３２位ＲＩＳＣ微处理器Ｓ３Ｃ２４１０，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。为了降低整个系统的成本，Ｓ３Ｃ２４１０提供了丰富的内部设备。其中加强的ＡＲＭ体系结构ＭＭＵ用于支持ＷｉｎＣＥ，ＥＰＯＣ３２和Ｌｉｎｕｘ。随着技术的进步和发展，电子产品的功能日益强大，而嵌入式操作系统可以有效地管理各项功能，并且能够缩短产品开发周期，因此将微处理器与嵌入式操作系统进行联合开发成为一种趋势，然而微处理器的片内存储资源有限，若要进行嵌入式系统的移植，必须扩展其存储系统。对于嵌入式系统的开发人员来说，深入理解其存储系统原理和有效地管理存储系统对正确高效地设计嵌入式系统的硬件和底层软件编程具有重要的意义［１］。

　　１　Ｓ３Ｃ２４１０的寻址原理

　　ＡＲＭ９２０Ｔ内核提供了３２位的地址总线，可以访问４Ｇ（２３２）的线性地址空间，而Ｓ３Ｃ２４１０的内部地址总线是３０ｂｉｔ（ＨＡＤＤＲ［２９：０］），能够访问的最大外部地址空间是２３０，即１Ｇ的地址空间０ｘ００００００００～０ｘ３ＦＦＦＦＦＦＦＦ，可见Ｓ３Ｃ２４１０仅利用了ＡＲＭ９２０Ｔ的３２位地址总线的低３０位，并且是一一对应相连的［１］。由表１可知Ｓ３Ｃ２４１０将１Ｇ的外部地址空间分成了８个存储器组，每个组的大小为１２８Ｍ，其中６个用于ＲＯＭ、ＳＲＡＭ等存储器，２个用于ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ等存储器。基于芯片体积及成本的考虑，当Ｓ３Ｃ２４１０对外寻址时，采用了部分译码的方式，即低位地址线用于外围存储器的片内寻址，而高位地址线用于外围存储器的片外寻址。如表１所示，由于每个存储器组的起始地址及空间大小固定，对于系统要访问的任意外部地址，Ｓ３Ｃ２４１０可以方便地利用内部地址总线的高３位ＨＡＤＤＲ［２９：２７］来选择该地址属于哪一个存储器组（Ｂａｎｋ），从而激活相应的Ｂａｎｋ选择信号，并且使用外部地址总线Ａ［２６：０］来实现相应Ｂａｎｋ的内部寻址，寻址范围为１２８Ｍ（２２７），从而使得其外围地址访问空间为１ＧＢ（１２８ＭＢ×８）。Ｓ３Ｃ２４１０正是通过这种机制来完成外部地址空间的寻址全过程。

　　　Ｓ３Ｃ２４１０访问ＳＤＲＡＭ地址空间的过程比较难理解，这主要和ＳＤＲＡＭ的存储结构有关。为了更深入地理解其寻址机制，笔者以ＳＤＲＡＭ芯片ＨＹ５７Ｖ５６１６２０Ｂ（３２ＭＢ）为例进行详细地说明。该芯片的内部存储结构是４Ｂａｎｋｓ×４Ｍ×１６Ｂｉｔ，即共有４个Ｂａｎｋ，每个Ｂａｎｋ中有４Ｍ个半字（１６Ｂｉｔ）。Ｂａｎｋ地址可以通过ＢＡ［１：０］与地址总线的高位相连来确定，具体ＢＡ［１：０］与哪个地址位相连，不同的ＳＤＲＡＭ存储系统有不同的方案，详见参考文献［３］。而每个Ｂａｎｋ中的存储单元由行地址和列地址来唯一标识［１］，该芯片通过行地址锁存引脚ｎＲＡＳ和列地址锁存引脚ｎＣＡＳ分别与Ｓ３Ｃ２４１０的引脚ｎＳＲＡＳ（ＳＤＲＡＭ行地址选通信号）和ｎＳＣＡＳ（ＳＤＲＡＭ列地址选通信号）连接，从地址总线获得行地址和列地址。而且列地址的位数可以在ＢＡＮＫＣＯＮｎ（ｎ＝６，７）的中的ＳＣＡＮ——ＢＡＮＫＣＯＮｎ　［１：０］来配置，００＝８－ｂｉｔ，０１＝９－ｂｉｔ，１０＝１０－ｂｉｔ，其复位值为００，即８ｂｉｔ。

在实际工作中，如图１所示，在第３个总线时钟，ｎＳＣＳ为低电平，表示ＳＤＲＡＭ被选中，并且地址线的Ｂａｎｋ地址与相应的行地址同时发出，这个命令称之为“行有效”或“行激活”（ＲｏｗＡｃｔｉｖｅ）。此时ＳＤＲＡＭ将行地址锁存（ｎＳＲＡＳ有效），但还没有执行写命令（ｎＷＥ为高电平），因为没有列地址（ｎＳＣＡＳ为高电平），存储单元无法确定。经过Ｔｒｃｄ（ＲＡＳ至ＣＡＳ延迟）后，ＳＤＲＡＭ再次被选中（ｎＳＣＳ为低电平），此时ｎＳＣＡＳ为低电平，指示ＳＤＲＡＭ此时地址线上的地址为列地址，同时ｎＷＥ有效，写操作被执行。可见发送列地址寻址命令与具体的操作命令（是读还是写），这两个命令也是同时发出的，所以一般都会以“读／写命令”来表示列寻址，相关的列地址被选中之后，将会触发数据传输。至此，Ｓ３Ｃ２４１０对ＳＤＲＡＭ的寻址就完成了。可见，Ｓ３Ｃ２４１０将地址总线上的地址分成行地址和列地址并分开传输给ＳＤＲＡＭ。基于上述的寻址机制，由ＢＡ［１：０］和１２根地址