SDRAM工作原理及S3C2410 SDRAM控制器配置方法（2）
作者：刘洪涛，华清远见嵌入式学院讲师。
四、S3C2410 SDRAM控制器的配置方法
在系统使用SDRAM之前，需要对S3C2410X的存储器控制器进行初始化。其中对与SDRAM（Bank6）相关的寄存器进行了特殊的设置，以使SDRAM能够正常工作。由于C语言程序使用的数据空间和堆栈空间都定位在SDRAM上，因此，如果没有对SDRAM（Bank6）的正确初始化，系统就无法正确启动。下面介绍与SDRAM相关的寄存器设置。
1、BWSCON寄存器
BWSCON寄存器主要用来设置外接存储器的总线宽度和等待状态。在BWSCON中，除了Bank0，其他7个bank都各对应4个相关位的设置，分别为STn，WSn和DWn。这里只需要对DWn进行设置，例如SDRAM（Bank6）采用32位总线宽度，因此，DW6=10，其他2位采用缺省值。BWSCON寄存器在Bank6上的位定义如表4-1所示。
表4-1 BWSCON寄存器在Bank6上的位定义
| BWSCON |
位 |
描述 |
初始化状态 |
| ST6 |
27 |
这个位决定SRAM在Bank6上是否采用UB/LB |
0 |
| WS6 |
26 |
这个位决定Bank6的WAIT状态 |
0 |
| DW6 |
25～24 |
这2位决定Bank6的数据总线宽度 |
0 |
2、BANKCONn寄存器的设置
S3C2410X有8个BANKCONn寄存器，分别对应着Bank0～Bank7。由于Bank6～Bank7可以作为FP/EDO/SDRAM等类型存储器的映射空间，因此与其他bank的相应寄存器有所不同，其中MT位定义了存储器的类型。BANKCONn寄存器在Bank6和Bank7上的位定义如表4-2所示。
表4-2 BANKCONn寄存器在Bank6和Bank7上的位定义
| BANKCONn |
位 |
描述 |
起始状态 |
| MT |
16～15 |
这2位决定了Bank6和Bank7的存储器类型 |
11 |
MT的取值又定义该寄存器余下几位的作用。当MT=11（即SDRAM型存储器）时，BANKCONn寄存器余下的几位定义如表4-3所示。
表4-3 BANKCONn寄存器在MT=11时的相关位定义
Trcd是从行使能到列使能的延迟，根据S3C2410X的HCLK频率（100M）及HY57V561620T-H的特性（见下图），此项取01，即3CLKS。SCAN为列地址线数量，此项根据HY57V561620特性取01，即9位（A0~A8）。
3、REFRESH寄存器
REFRESH寄存器是DRAM/SDRAM的刷新控制器。位定义如表4-4所示。
表4-4 REFRESH寄存器位定义
4．BANKSIZE寄存器
表4-5 BANKSIZE寄存器定义
| BANKSIZE |
位 |
描述 |
初始状态 |
| BURST_EN |
[7] |
ARM 内核猝发操作使能 |
0 |
| 保留 |
[6] |
不使用 |
0 |
| SCKE_EN |
[5] |
SCKE 使能控制 |
0 |
| SCLK_EN |
[4] |
只有在SDRAM访问周期期间，SCLK才使能，这样 |
0 |
| 保留 |
[3] |
未用 |
0 |
| BK76MAP |
[2:0] |
BANK6/7的存储空间分布 |
010 |
初始化时，BURST_EN可以取0或1，为了提高效率，最好设置为1。SCKE_EN设置为1。SCLK_EN设置为1。BK76MAP设置为2。
5、MRSR寄存器
MRSR寄存器有2个，分别对应MRSRB6和MRSRB7，对应着Bank6和Bank7。见表4-6。
表4-6 MRSRn寄存器定义
此寄存器S3C2410只允许CL可以设置，参照HY57V561620T-H手册，取011，即3CLKs。
猝发长度的具体值在程序中没有给出，根据后面触发时序猜测应该是8，HY57V561620T支持1、2、4、8、page猝发长度。
参照前面的HY57V561620命令表，写Mode寄存器用的是Mode register命令。其中的OP CODE参照下图：
注意：当代码在SDRAM中运行时，绝不能够重新配置MRSR寄存器。
五、SDRAM的控制时序分析
下面列出SDRAM的状态机及几种SDARM控制命令的时序。大家掌握了以后可以试着分析其它的命令时序。
1、SDRAM的状态机
SDRAM的完整状态机由多个状态构成，且状态转移是非随机的（如图5-1所示）。
正是如此众多的状态及其复杂的转换关系，导致ＳＤＲＡＭ的控制较为复杂。通常FPGA开发人员在设计SDRAM控制器IP时需要详细了解这些状态机的过程。而一般开发人员以了解为主。
图5-1 SDRAM状态机
下面将结合上图及SDRAM的指令来分析SDRAM的控制时序
2、SDRAM single模式读时序
SDRAM初始化主要是由设置S3C2410 SDRAM控制器的模式寄存器（MRSR）完成的。主要设定了SDRAM的burst长度、CAS延时时间、突发类型等。然后就可以进行读写操作了。
下图是S3C2410以single方式读SDRAM时的时序。
对照HY57V5620的命令表，列出single read 命令实现过程。
| CLK |
SCKE |
A10/AP |
nGCSx |
nSRAS |
nSCAS |
nWE |
命令 |
备注 |
| 1 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作（NOP） |
|
| 2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
预充电选定bank（PRE） |
Trp=2 |
| 3 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 4 |
1 |
X |
0 |
0 |
1 |
1 |
Bank激活命令（ACT） |
Trcd=2 |
| 5 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
读操作（READ） |
Tcl=3 |
| 7 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 8 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 9 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
数据有效 |
3、SDRAM burst模式读时序
对照HY57V5620的命令表，列出burst read 命令实现过程。
| CLK |
SCKE |
A10/AP |
nGCSx |
nSRAS |
nSCAS |
nWE |
命令 |
备注 |
| 1 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作（NOP） |
|
| 2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
预充电选定bank（PRE） |
Trp=2 |
| 3 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 4 |
1 |
X |
0 |
0 |
1 |
1 |
Bank激活命令（ACT） |
Trcd=2 |
| 5 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
读操作（READ） |
Tcl=2 |
| 7 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
读操作（READ） |
|
| 8~13 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
读操作（READ） |
数据有效 |
| 14~15 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
数据有效 |
4、SDRAM Self Refresh时序
SDRAM 的Self Refresh功能在电源电源管理时经常使用，如：在主控器进入sleep状态时，会先让SDRAM工作在Self Refresh状态。下图为S3C2410发出Self Refresh命令时的时序图。
对照HY57V5620的命令表，列出进入Self Refresh的过程。
| CLK |
SCKE |
A10/AP |
nGCSx |
nSRAS |
nSCAS |
nWE |
命令 |
备注 |
| 1 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作（NOP） |
|
| 2 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
预充电所有bank（PRE） |
Trp=2 |
| 3 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 4 |
0 |
X |
0 |
0 |
0 |
1 |
Self Refresh命令（REFS） |
结合CKE的真值表 |
| 5 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
5、S3C2410 BUS Request时SDRAM控制时序
我以前在做一个项目时涉及到两个主控器共享一个SDRAM的情况。现象是另一个主控器可以通过BUS Request功能获取到总线的控制权。当S3C2410的总线控制权被获取后，SDRAM控制不会再发出控制时钟信号。但SDRAM并没有因为失去时钟而丢失数据。猜想一定是S3C2410在BUS Request时让SDRAM进入自刷新状态（就和S3C2410睡眠前要让SDRAM进入自刷新状态一样）、POWER DOWN状态、或者SUSPEND状态。下面就根据S3C2410 BUS Request时SDRAM控制时序图去确认一下到底是哪种。
对照HY57V5620的命令表，列出S3C2410 BUS Request时SDRAM时序过程。
| CLK |
SCKE |
A10/AP |
nGCSx |
nSRAS |
nSCAS |
nWE |
命令 |
备注 |
| 1 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作（NOP） |
|
| 2 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
预充电（PRE） |
Trp=2 |
| 3 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 4 |
1 |
X |
0 |
0 |
1 |
1 |
Bank激活命令（ACT） |
Trcd=2 |
| 5 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 6 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
读操作（READ） |
Tcl=2 |
| 7 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 8 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 9 |
1 |
X |
1 |
1 |
1 |
1 |
空操作 |
|
| 10 |
HZ |
HZ |
HZ |
HZ |
HZ |
HZ |
进入Clock suspend |
Note 1 |
Note1：在第10个时钟周期时，SKE从1变为’HZ’（高阻）。我想此时SCKE从1变为高阻对于SDRAM来说相当于从1->0吧，看了一遍HY57V5620手册，这个想法没有得到确认。但也只能这么理解了，不然后面都说不通了。我想之所以变为高阻而不是低电平，是因为S3C2410要放弃自己对总线控制。
结合HY57V5620手册分析一下此时SDRAM会进入什么状态。
下图是CKE Enable(CKE) 真值表。
在第10个时钟周期时，SDRAM处于行激活状态。此时SCKE由1->0, 根据真值表可以得出系统会进入Clock suspend状态
六、总结
本文分析了SDRAM的工作原理、介绍了HY57V561620及其与S3C2410的接线原理、S3C2410 SDRAM控制器的配置方法、及部分SDRAM的控制时序分析。有些地方理解的不够深刻，欢迎大家指正。