[導讀]在使用MCU的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，當程序或者數(shù)據(jù)內(nèi)存占用太大而無法放入片上閃存或SRAM時，開發(fā)者通?？紤]使用SDRAM。別問我為什么你的MCU不支持SDRAM。SDRAM是同步動態(tài)隨機存取存儲器的縮寫。在微控制器應(yīng)用中，微控制器通過使用外部存儲控制器(EMC)操作訪問SDRAM，...
在使用MCU的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，當程序或者數(shù)據(jù)內(nèi)存占用太大而無法放入片上閃存或SRAM時，開發(fā)者通?？紤]使用SDRAM。
別問我為什么你的MCU不支持SDRAM。
SDRAM是同步動態(tài)隨機存取存儲器的縮寫。在微控制器應(yīng)用中，微控制器通過使用外部存儲控制器(EMC)操作訪問SDRAM ，SDRAM時鐘頻率通常為100MHz或133MHz。
外部存儲控制器通常不支持DDR SDRAM, 數(shù)據(jù)只是單邊沿采樣，即并行數(shù)據(jù)總線可以接受一個命令并在每個時鐘周期傳輸一個數(shù)據(jù)字。
在SDRAM中執(zhí)行程序是使用SDRAM的一種典型用法, 小編這里就介紹一下SDRAM中執(zhí)行程序的方法和SDRAM執(zhí)行程序的性能基準。
SDRAM初始化
SDRAM必須在使用前進行配置，SDRAM初始化分為6個步驟。
- 配置EMC寄存器的SDRAM時鐘頻率、字節(jié)順序和時序參數(shù)。
SDRAM的時序比較復雜，用戶需要通過查閱相關(guān)SDRAM芯片的手冊獲得時序參數(shù)(如刷新周期、預充電命令周期、自刷新退出時間、寫恢復時間等等)。 - 發(fā)送NOP命令
- 發(fā)送預充電命令
- 發(fā)送兩次自動刷新命令
- 設(shè)置SDRAM模式
- 發(fā)送正常運行命令
系統(tǒng)啟動時，SDRAM尚未初始化。理論上，程序在系統(tǒng)啟動后的任何時刻都可以進行SDRAM初始化。然而，由于SDRAM初始化過程比較復雜，使用的系統(tǒng)資源較多，SDRAM初始化必須在所需的系統(tǒng)資源初始化完成后再進行。
具體上講，開發(fā)者在芯片剛剛啟動時(如Reset_Handler中)初始化SDRAM需要留心以下細節(jié)：
- 由于SDRAM初始化函數(shù)使用系統(tǒng)堆棧或全局變量，開發(fā)者必須確保系統(tǒng)堆?；蛉肿兞克诘奈锢韮?nèi)存上電及時鐘使能。
- 在程序跳轉(zhuǎn)到主程序啟動之前，全局變量未清零或初始化，如果在主函數(shù)之前執(zhí)行SDRAM初始化，開發(fā)者必須手動初始化變量。
舉個例子，在LPC5460x中，開發(fā)者需要在SystemInit函數(shù)中初始化SDRAM，該函數(shù)(SystemInit)由Reset_Handler調(diào)用。在調(diào)用系統(tǒng)初始化之前，要通過設(shè)置AHBCLKCTRLSET0寄存器將SRAM時鐘使能。
Reset_Handler PROCEXPORT Reset_Handler [WEAK]IMPORT SystemInitIMPORT __main; clock control SRAM1/SRAM2/SRAM3 for stackLDR r0, = 0x40000220 ; AHBCLKCTRLSET0MOV r1, #0x38STR r1, [r0]LDR r0, =SystemInitBLX r0LDR r0, =__mainBX r0ENDPSDRAM存儲器布局
當使用SDRAM時，外部存儲控制器(EMC)分配SDRAM一定的地址空間。開發(fā)者可以使用鏈接描述文件將代碼或數(shù)據(jù)分配到SDRAM中。值得注意的是，鏈接器腳本編程在不同IDE之間是不同的。
以LPC5460x系列微控制器為例，SDRAM支持4個片選區(qū)，每個片選區(qū)最大支持256MB空間。
| SDRAM片選 | 地址范圍 |
| 0 | 0xA0000000 - 0xA7FFFFFF |
| 1 | 0xA8000000 - 0xAFFFFFFF |
| 2 | 0xB0000000 - 0xB7FFFFFF |
| 3 | 0xB8000000 - 0xBFFFFFFF |
當SDRAM的硬件連接使用SDRAM片選0的情況下，在KEIL平臺下，將加載在SPI FLASH的Coremark基準測試程序拷貝到SDRAM中執(zhí)行需要以下幾步。(coremark基準測試程序包括core_list_join.c，core_matrix.c，core_state.c及core_util.c)。
- 定義SDRAM區(qū)域，從0xA0000000開始，大小為0x80000。定義SPI FLASH區(qū)域，大小為0x80000（SPI FLASH存儲器的起始地址為0x10000000）。
- 在C源碼中使用“SDRAM_Data” 和 “SDRAM_Function”屬性，標記放在SDRAM區(qū)域中的數(shù)據(jù)或程序。(SDRAM_Data和SDRAM_Function只是文本名字)。
- 也可以將整個目標文件的數(shù)據(jù)和程序段配置到SDRAM
#define m_spifi_start 0x10000000#define m_spifi_size 0x800000#define m_sdram_start 0xA0000000#define m_sdram_size 0x80000LR_m_text2 m_spifi_start m_spifi_size { ; load to SPIFILR_m_sdram_text m_sdram_start m_sdram_size { *(SDRAM_Data) *(SDRAM_Function) core_list_join.o core_matrix.o core_state.o core_util.o}配置MPU
在SDRAM中運行程序，開發(fā)者可能需要配置ARM內(nèi)核內(nèi)存保護單元(MPU)。
內(nèi)存保護單元(MPU)是一個可編程單元，用于定義內(nèi)存訪問權(quán)限。當MPU沒有使能時，內(nèi)存地址空間具有默認的訪問權(quán)限。
如ARM Cortex?-M4器件通用用戶指南中所述，當程序執(zhí)行SDRAM中的代碼且SDRAM內(nèi)存影射地址的默認屬性為禁止執(zhí)行時, 內(nèi)核就會產(chǎn)生HARDFAULT異常，且指令訪問沖突標志SCB->CFSR為 1，該異常表示處理器嘗試從不允許執(zhí)行的位置獲取指令。
因此，當SDRAM被影射到默認不可執(zhí)行的地址空間時（如在LPC5460x中，SDRAM影射到0xA0000000起始的地址），開發(fā)者必須配置并使能MPU才能在SDRAM中執(zhí)行代碼。如下例中，代碼配置并使能MPU，允許從0xA0000000到0xA0100000的內(nèi)存區(qū)域是可執(zhí)行的。
MPU->RNR = 0; //Region number 0MPU->RBAR = 0xA0000000; //Region base address/* Full Access | TEX: 000 | S: 0 | C: 0 | B:0 (No cacheable, no shareable)| 1M SIZE | ENABLE */MPU->RASR = (0 << 28) | (0x3 << 24) | (0x0 << 19) | (0 << 18) | (0 << 17) | (0 << 16) | (0xFF < 8) | (0x13 << 1) | (1 << 0); //Region size and enableMPU->CTRL = MPU_CTRL_ENABLE_Msk | MPU_CTRL_PRIVDEFENA_Msk;SDRAM性能基準
最后，小編在LPC5460x經(jīng)過程序運行CoreMark性能基準測試，總結(jié)了一點點經(jīng)驗，分享給大家
- SDRAM(16位帶寬)中的代碼執(zhí)行效率僅為在內(nèi)部SRAM中執(zhí)行效率性能40％，大約是內(nèi)部FLASH中運行代碼性能的50％；
- 代碼在SDRAM中運行時，較高的CPU頻率（CPU沒有Cache）不能改善執(zhí)行效率，這時SDRAM帶寬成為系統(tǒng)性能的瓶頸。
基于這樣的測試結(jié)果，建議大家在要求較高性能時，把程序代碼放在內(nèi)部SRAM執(zhí)行，而用片外大容量的SDRAM存放海量的數(shù)據(jù)。
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