关于u-boot for MINI6410自动识别内存大小的原理

昨天完成了MINI6410的u-boot自动识别256MB和128MB DDR 内存的功能，这里把其中的原理记录一下。

 1、了解DDR SDRAM的原理

首先你必须了解一下DDR SDRAM的原理和外部接口，这些在网上有几篇比较经典的文章这里推荐一下：

专家详解：内存工作原理及发展历程

内存的原理和时序(SDRAM、DDR、DDR-Ⅱ、Rambus DRAM)

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2、MINI6410的内存硬件结构与寻址关系

在看过上面的文档之后，相信应该对DDR内存有了一个比较完整的认识和理解，下面我们就来讲讲在MINI6410上的内存硬件结构：

对于MINI6410的设计，用了两块引脚兼容的DDR内存芯片来实现128MB内存和256MB内存可共用一个PCB。

128MB内存使用的是两片K4X51163PG（32Mx16bit），形成一个32M×32bit（128MB）的内存。

256MB内存使用的是两片K4X1G163PE（64Mx16bit），形成一个64M×32bit（256MB）的内存。

而这两款芯片在引脚上的差别就是K4X51163PG的F7是NC脚，而K4X1G163PE的F7脚是A13。

这个F7引脚在128MB内存版本的MINI6410中这个引脚是不连接的，而256MB版本中是通过一个0欧电阻和S3C6410的Xm1ADDR13相连的。

看了这两个内存芯片和S3C6410（DRAM控制器）的数据手册的朋友一定知道，这种连接形成一个这样的寻址关系：

128MB内存版本：Xm1ADDR[15:14]（bank）：Xm1ADDR[12:0]（行地址）：Xm1ADDR[9:0]（列地址） 。一共25根地址线刚好可寻址32M空间

256MB内存版本：Xm1ADDR[15:14]（bank）：Xm1ADDR[13:0]（行地址）：Xm1ADDR[9:0]（列地址） 。一共26根地址线刚好可寻址64M空间

而这两种连接和芯片配置也要通过修改S3C6410的DRAM控制器的两个寄存器的参数来匹配。

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3、U-boot中内存自适应代码应处的位置

做好了以上的两个知识准备后，我们看看在u-boot中应该在什么位置来识别和自适应不同的内存大小。

首先我们在识别了内存大小之后可能需要重新配置S3C6410的内存控制器。这么一来，这些代码不能在DDR中运行。因为一旦重新配置内存控制器，必然导致内存暂时无法使用，如果代码在DDR中CPU可能无法得到下一步的代码。所以这些代码要放在u-boot实现自拷贝到内存之前的地方，其实最好的地方就是在u-boot的SPL部分中初始化内存控制器的代码段中。

这些代码就在：arch/arm/cpu/arm1176/s3c64xx/cpu_init.S

这个文件是汇编代码，其中的函数mem_ctrl_asm_init是通过start.S中的“bl    lowlevel_init”------>/board/samsung/mini6410/lowlevel_init.S中的lowlevel_init ”bl    mem_ctrl_asm_init”调用的。mem_ctrl_asm_init函数中的代码对S3C6410的DRAM控制器进行了初始化，并对外部的DDR内存也进行了初始化，所以内存的识别和自适应代码应该放在这些初始化之后。先识别内存的大小，如果内存大小和原先DRAM控制器的配置不相符，就修改DRAM控制器的配置。

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4、内存大小的识别

针对MINI6410的情况，我们只需要识别内存是128MB还是256MB。由于这两种内存大小关系到DRAM控制器的两个寄存器的参数，所有我们必须先假设我们的内存大小，再通过读写的方式来证明，如果证明我们的假设是错误的，再修改寄存器的参数。

我移植的U-boot代码中首先假设内存是256MB，并先配置DRAM控制器为256MB内存的参数。如果这时连接的是128MB内存，那么就会有这样一个有趣的现象：

由于Xm1ADDR[13]没有连接，所以DDR内存的第一个8M×32bit（32MB）和第二个8M×32bit（32MB）是镜像关系，第三个8M×32bit（32MB）和第四个8M×32bit（32MB）是镜像关系，以此类推。一共有四个这样的镜像关系，共256MB。如果连接的就是256MB的内存就不会有这样的现象。所以，只要我们证明了这种现象存在，就证明了我们其实连接的是128MB内存，然后重新配置DRAM控制器为128MB内存的参数就大功告成了。

所以我移植的U-boot代码中首先写一个32bit的测试数据到第一个8M×32bit（32MB）的某个位置（比如0x0地址），然后就去第二个8M×32bit（32MB）相应偏移位置读取，如果数据一致就可以证明镜像关系。但是还不保险，如果就是这么巧（在连接256MB的内存的情况下）第二个8M×32bit（32MB）相应位置本身就是这个数据怎么办？不要紧，我们再去第二个8M×32bit（32MB）同一位置写入另一个测试数据，然后去第一个8M×32bit（32MB）的那个位置（也就是一开始的那个写入位置）读取数据，如果数据一致就完全可以证明镜像关系。通过这样的两次测试，看看是否要重新配置DRAM控制器参数。

但是我们不能假设内存是128MB，并先配置DRAM控制器为128MB内存的参数。如果连接的是256MB的内存，没有任何特殊的现象可以测试到。通过上面的寻址关系，如果连接的是256MB的内存，只是第二、四、六、八（假设Xm1ADDR[13]一直是0）个8M×32bit（32MB）是没法访问的（可以说是内存空洞），这个无法通过读写证明。（通过寻址关系推断，未通过实验证明）

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5、关于内存控制器的重配置

如果上面的步骤中测试出了镜像的存在，我们必须重新配置两个寄存器的值，但是如何重新配置，这个三星的数据手册是没有讲的，我通过测试发现可以通过以下的步骤重新配置DRAM控制器：

1、将DRAM控制器设为暂停（Paused）状态；

2、检测P1MEMSTAT，直到确认了暂停（Paused）状态；

3、将DRAM控制器设为配置（Config）状态；

4、检测P1MEMSTAT，直到确认了配置（Config）状态；

5、修改需要重新配置的寄存器

6、将DRAM控制器设为启动（Go）状态；

7、检测P1MEMSTAT，直到确认了就绪（Ready）状态；

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所有的原理就总结到这里，具体的源码可以到这里下载、分析。

如果您认为我的方法不好，可以在评论中批评、指出。

如果有朋友有更好的办法来解决MINI6410内存的识别问题，也欢迎在评论中共享出来。