ARM硬件重点

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ARM S3C2410硬件手册重点
2009-07-27 11:38

a.Memory Controller

b.Nand Flash

c.UART

d.Interrupt

e.Timer

 

Memory Controller

SDRAM:

S3C2410提供了外接ROM、SRAM、SDRAM、NOR Flash、NAND Flash的接口。S3C2410外接存储器的空间被分为8 BANKS,每BANK容量为128M:当访问BANKx(x从0到7)所对应的地址范围x*128M到(x+1)*128M-1

SDRAM使用BANK6,它的物理起始地址为6*128M=0x30000000。

SDRAM(刷新):

之所以称为DRAM,就是因为它要不断进行刷新(Refresh)才能保留住数据,因此它是DRAM最重要的操作。

那么要隔多长时间重复一次刷新呢?目前公认的标准是,存储体中电容的数据有效保存期上限是64ms(毫秒,1/1000秒),也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是:行数量/64ms

刷新操作分为两种:自动刷新(Auto Refresh,简称AR)与自刷新(Self Refresh,简称SR)。不论是何种刷新方式,都不需要外部提供行地址信息,因为这是一个内部的自动操作。对于AR, SDRAM内部有一个行地址生成器(也称刷新计数器)用来自动的依次生成行地址。

由于刷新涉及到所有L-Bank,因此在刷新过程中,所有L-Bank都停止工作,而每次刷新所占用的时间为9个时钟周期(PC133标准),之后就可进入正常的工作状态,也就是说在这9 个时钟期间内,所有工作指令只能等待而无法执行。

SR则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存,这方面最著名的应用就是STR(Suspend to RAM,休眠挂起于内存)。在发出AR命令时,将CKE置于无效状态,就进入了SR模式,此时不再依靠系统时钟工作,而是根据内部的时钟进行刷新操作。

SDRAM(寄存器设置):

本实验介绍如何使用SDRAM,这需要设置13个寄存器。由于我们只使用了BANK6,大部分的寄存器我们不必理会:

1.BWSCON:对应BANK0-BANK7,每BANK使用4位。这4位分别表示:

(小呆:这里说一下BWSCON。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除了bank0,对其它7个bank都各对应4个相关位的设置,分别为STx,WSx,DWx.)

a.STx:启动/禁止SDRAM的数据掩码引脚,对于SDRAM,此位为0;对于SRAM,此位为1。

b.WSx:是否使用存储器的WAIT信号,通常设为0

c.DWx:使用两位来设置存储器的位宽:00-8位,01-16位,10-32位,11-保留。

d.比较特殊的是BANK0对应的4位,它们由硬件跳线决定,只读。

对于本开发板,使用两片容量为32Mbyte、位宽为16的SDRAM组成容量为64Mbyte、位宽为32的存储器,所以其BWSCON相应位为: 0010。对于本开发板,BWSCON可设为0x22111110:其实我们只需要将BANK6对应的4位设为0010即可,其它的是什么值没什么影响,这个值是参考手册上给出的。

2.BANKCON0-BANKCON5:我们没用到,使用默认值0x00000700即

3.BANKCON6-BANKCON7:设为0x00018005 在8个BANK中,只有BANK6和BANK7可以使用SRAM或SDRAM,所以BANKCON6-7与BANKCON0-5有点不同:

a.MT([16:15]):用于设置本BANK外接的是SRAM还是SDRAM:SRAM-0b00,SDRAM-0b11

b.当MT=0b11时,还需要设置两个参数: Trcd([3:2]):RAS to CAS delay,设为推荐值0b01 SCAN([1:0]):

SDRAM的列地址位数,对于本开发板使用的SDRAM HY57V561620CT-H,列地址位数为9,所以SCAN=0b01。如果使用其他型号的SDRAM,您需要查看它的数据手册来决定SCAN的取值:00-8位,01-9位,10-10位

4. REFRESH(SDRAM refresh control register):设为0x008e0000+ R_CNT 其中R_CNT用于控制SDRAM的刷新周期,占用REFRESH寄存器的[10:0]位,它的取值可如下计算(SDRAM时钟频率就是HCLK):

R_CNT = 2^11 + 1 – SDRAM时钟频率(MHz) * SDRAM刷新周期(uS)

在未使用PLL时,SDRAM时钟频率等于晶振频率12MHz;

SDRAM 的刷新周期在SDRAM的数据手册上有标明,在本开发板使用的SDRAM HY57V561620CT-H的数据手册上,可看见这么一行“8192 refresh cycles / 64ms”:所以,刷新周期=64ms/8192 = 7.8125 uS。

对于本实验,R_CNT = 2^11 + 1 – 12 * 7.8125 = 1955, REFRESH=0x008e0000 + 1955 = 0x008e07a3

5.BANKSIZE:0x000000b2

位[7]=1:Enable burst operation

位[5]=1:SDRAM power down mode enable

位[4]=1:SCLK is active only during the access (recommended) 位[2:1]=010:BANK6、BANK7对应的地址空间与BANK0-5不同。BANK0-5的地址空间都是固定的128M,地址范围是 (x*128M)到(x+1)*128M-1,x表示0到5。但是BANK7的起始地址是可变的,您可以从S3C2410数据手册第5章“Table 5-1. Bank 6/7 Addresses”中了解到BANK6、7的地址范围与地址空间的关系。

本开发板仅使用BANK6的64M空间,我们可以令位[2:1]=010(128M/128M)或001(64M/64M):这没关系,多出来的空间程序会检测出来,不会发生使用不存在的内存的情况——后面介绍到的bootloader和linux内核都会作内存检测。 位[6]、位[3]没有使用

6.MRSRB6、MRSRB7:0x00000030

能让我们修改的只有位[6:4](CL),SDRAM HY57V561620CT-H不支持CL=1的情况,所以位[6:4]取值为010(CL=2)或011(CL=3)。

Nand Flash

当OM1、OM0都是低电平——即开发板插上BOOT SEL跳线时,S3C2410从NAND Flash启动:NAND Flash的开始4k代码会被自动地复制到内部SRAM中。我们需要使用这4k代码来把更多的代码从NAND Flash中读到SDRAM中去。

NAND Flash的操作通过NFCONF、NFCMD、NFADDR、NFDATA、NFSTAT和NFECC六个寄存器来完成。在开始下面内容前,请打开S3C2410数据手册和NAND Flash K9F1208U0M的数据手册。

在S3C2410数据手册218页,我们可以看到读写NAND Flash的操作次序:

1.Set NAND flash configuration by NFCONF register.

2.Write NAND flash command onto NFCMD register.

3.Write NAND flash address onto NFADDR register.

4.Read/Write data while checking NAND flash status by NFSTAT register. R/nB signal should be checked before read operation or after program operation.

1、NFCONF:设为0xf830——

使能NAND Flash控制器、初始化ECC、NAND Flash片选信号nFCE=1(inactive,真正使用时再让它等于0)

设置TACLS、TWRPH0、TWRPH1。

需要指出的是TACLS、TWRPH0和TWRPH1,请打开S3C2410数据手册218页,可以看到这三个参数控制的是NAND Flash信号线CLE/ALE与写控制信号nWE的时序关系。

我们设的值为TACLS=0,TWRPH0=3,TWRPH1=0,其含义为:TACLS=1个HCLK时钟,TWRPH0=4个HCLK时钟,TWRPH1=1个HCLK时钟。

请打开K9F1208U0M数据手册第13页,在表“AC Timing Characteristics for Command / Address / Data Input”中可以看到: CLE setup Time = 0 ns,CLE Hold Time = 10 ns, ALE setup Time = 0 ns,ALE Hold Time = 10 ns, WE Pulse Width = 25 ns 可以计算,即使在HCLK=100MHz的情况下,TACLS+TWRPH0+TWRPH1=6/100 uS=60 ns,也是可以满足NAND Flash K9F1208U0M的时序要求的。

2、NFCMD: 对于不同型号的Flash,操作命令一般不一样。对于本板使用的K9F1208U0M,请打开其数据手册第8页“Table 1. Command Sets”

3、NFADDR:地址

4、NFDATA:数据,只用到低8位

5、NFSTAT:状态,只用到位0,0-busy,1-ready

6、NFECC:校验

现在来看一下如何从NAND Flash中读出数据:

1、NFCONF = 0xf830

2、在第一次操作NAND Flash前,通常复位一下:

NFCONF &= ~0x800 (使能NAND Flash)

NFCMD = 0xff (reset命令)

循环查询NFSTAT位0,直到它等于1

3、NFCMD = 0 (读命令)

4、这步得稍微注意一下,请打开K9F1208U0M数据手册第7页,那个表格列出了在地址操作的4个步骤对应的地址线,A8没用到:

NFADDR = addr & 0xff

NFADDR = (addr>>9) & 0xff (注意了,左移9位,不是8位)

NFADDR = (addr>>17) & 0xff (左移17位,不是16位)

NFADDR = (addr>>25) & 0xff (左移25位,不是24位)

5、循环查询NFSTAT位0,直到它等于1

6、连续读NFDATA寄存器512次,得到一页数据(512字节)

7、NFCONF |= 0x800 (禁止NAND Flash)

UART

UART的寄存器有11X3个(3个UART)之多,我选最简单的方法来进行本实验,用到的寄存器也有8个。不过初始化就用去了5个寄存器,剩下的3个用于接收、发送数据。

1、初始化:

a.把使用到的引脚GPH2、GPH3定义为TXD0、RXD0:

GPHCON |= 0xa0 GPHUP |= 0x0c (上拉)

b.ULCON0 ( UART channel 0 line control register ):设为0x03 此值含义为:8个数据位,1个停止位,无校验,正常操作模式(与之相对的是Infra-Red Mode,此模式表示0、1的方式比较特殊)。

c.UCON0 (UART channel 0 control register ):设为0x05 除了位[3:0],其他位都使用默认值。位[3:0]=0b0101表示:发送、接收都

使用“中断或查询方式”——本实验使用查询查询方式。

d.UFCON0 (UART channel 0 FIFO control register ):设为0x00 每个UART内部都有一个16字节的发送FIFO和接收FIFO,但是本实验不使用FIFO,设为默认值0

e.UMCON0 (UART channel 0 Modem control register ):设为0x00 本实验不使用流控,设为默认值0

f.UBRDIV0 ( R/W Baud rate divisior register 0 ):设为12 本实验未使用PLL, PCLK=12MHz,设置波特率为57600,则由公式 UBRDIVn = (int)(PCLK / (bps x 16) ) –1 可以计算得UBRDIV0 = 12,请使用S3C2410数据手册第314页的误差公式验算一下此波特率是否在可容忍的误差范围之内,如果不在,则需要更换另一个波特率(本实验使用的 57600是符合的)。

void init_uart( )

{//初始化UART

GPHCON |= 0xa0; //GPH2,GPH3 used as TXD0,RXD0

GPHUP = 0x0c; //GPH2,GPH3内部上拉

ULCON0 = 0x03; //8N1(8个数据位,无校验位,1个停止位)

UCON0 = 0x05; //查询方式

UFCON0 = 0x00; //不使用FIFO

UMCON0 = 0x00; //不使用流控

UBRDIV0 = 12; //波特率为57600 10 }

2、发送数据:

a.UTRSTAT0 ( UART channel 0 Tx/Rx status register ):位[2]:无数据发送时,自动设为1。当我们要使用串口发送数据时,先读此位以判断是否有数据正在占用发送口。位[1]:发送FIFO是否为空,本实验未用此位位[0]:接收缓冲区是否有数据,若有,此位设为1。本实验中,需要不断查询此位一判断是否有数据已经被接收。

b.UTXH0 (UART channel 0 transmit buffer register ): 把要发送的数据写入此寄存器。

void putc(unsigned char c)

{

while( ! (UTRSTAT0 & TXD0READY) ); //不断查询,直到可以发送数据

UTXH0 = c; //发送数据

}

3、接收数据:

a.UTRSTAT0:如同上述“2、发送数据”所列,我们用到位[0]

b.URXH0 (UART channel 0 receive buffer register ): 当查询到UTRSTAT0 位[0]=1时,读此寄存器获得串口接收到的数据。

unsigned char getc( )

{

while( ! (UTRSTAT0 & RXD0READY) ); //不断查询,直到接收到了数据

return URXH0; //返回接收到的数据

}

中断 Interrrupt

SUBSRCPND和SRCPND寄存器表明有哪些中断被触发了,正在等待处理(pending);

SUBMASK(INTSUBMSK寄存器)和MASK(INTMSK寄存器)用于屏蔽某些中断。

1、“Request sources(without sub -register)”中的中断源被触发之后,SRCPND寄存器中相应位被置1,如果此中断没有被INTMSK寄存器屏蔽、或者是快中断(FIQ)的话,它将被进一步处理

2、对于“Request sources(with sub -register)”中的中断源被触发之后,SUBSRCPND寄存器中的相应位被置1,如果此中断没有被INTSUBMSK寄存器屏蔽的话,它在 SRCPND寄存器中的相应位也被置1,之后的处理过程就和“Request sources(without sub -register)”一样了

请打开S3C2410数据手册357页,“Figure 14-2. Priority Generating Block”显示了各中断源先经过6个一级优先级仲裁器选出各自优先级最高的中断,然后再经过二级优先级仲裁器选从中选出优先级最高的中断。IRQ的中断优先级由RIORITY寄存器设定,请参考数据手册365页,RIORITY寄存器中ARB_SELn(n从0到6)用于设定仲裁器n各输入信号的中断优先级,示例ARB_SEL6[20:19](0最高,其后各项依次降低):

00 = REQ 0-1-2-3-4-5 01 = REQ 0-2-3-4-1-5

10 = REQ 0-3-4-1-2-5 11 = REQ 0-4-1-2-3-5

RIORITY寄存器还有一项比较特殊的功能,如果ARB_MODEn设为1,则仲裁器n中输入的中断信号的优先级别将会轮换。示例ARB_MODE6设为1,则仲裁器6的6个输入信号的优先级将如下轮换(见数据手册358页)

使用中断的步骤:

1、当发生中断IRQ时,CPU进入“中断模式”,这时使用“中断模式”下的堆栈;当发生快中断FIQ时,CPU进入“快中断模式”,这时使用“快中断模式”下的堆栈。所以在使用中断前,先设置好相应模式下的堆栈。

2、对于“Request sources(without sub -register)”中的中断,将INTSUBMSK寄存器中相应位设为0

3、将INTMSK寄存器中相应位设为0

4、确定使用此的方式:是FIQ还是IRQ。

a.如果是FIQ,则在INTMOD寄存器设置相应位为1

b.如果是IRQ,则在RIORITY寄存器中设置优先级

使用中断的步骤:

5、准备好中断处理函数,

a.中断向量: 在中断向量设置好当FIQ或IRQ被触发时的跳转函数, IRQ、FIQ的中断向量地址分别为0x00000018、0x0000001c

b.对于IRQ,在跳转函数中读取INTPND寄存器或INTOFFSET寄存器的值来确定中断源,然后调用具体的处理函数

c.对于FIQ,因为只有一个中断可以设为FIQ,无须判断中断源

d.中断处理函数进入和返回

6、设置CPSR寄存器中的F-bit(对于FIQ)或I-bit(对于IRQ)为0,开中断

使用中断的步骤:

IRQ进入和返回

sub lr, lr, #4 @计算返回地址

stmdb sp!, { r0-r12,lr } @保存使用到的寄存器……

ldmia sp!, { r0-r12,pc }^ @中断返回 @^表示将spsr的值赋给cpsr

对于FIQ,进入和返回的代码如下:

sub lr, lr, #4 @计算返回地址

stmdb sp!, { r0-r7,lr } @保存使用到的寄存器……

ldmia sp!, { r0-r7,pc }^ @快中断返回, @^表示将spsr的值赋给cpsr

中断返回之前需要清中断:往SUBSRCPND(用到的话)、SRCPND、INTPND中相应位写1即可。对于INTPND,最简单的方法就是“INTPND=INTPND”

Timer几个重要寄存器介绍

1、TCFG0和TCFG1:分别设为119和0x03

这连个寄存器用于设置“Control Logic”的时钟,计算公式如下:

Timer input clock Frequency = PCLK / {prescaler value+1} / {divider value}

对于TIMER0,prescaler value = TCFG0[7:0],divider value由TCFG1[3:0]确定(0b000:2,0b001:4,0b010:8,0b0011:16,0b01xx:使用外部TCLK0)。

对于本实验,TIMER0时钟 = 12MHz/(119+1)/(16) = 6250Hz

2、TCNTB0:设为3125

在6250Hz的频率下,此值对应的时间为0.5S

3、TCON:

TIMER0对应bit[3:0]:

bit[3]用于确定在TCNT0计数到0时,是否自动将TCMPB0和TCNTB0寄存器的值装入TCMP0和TCNT0寄存器中

bit[2]用于确定TOUT0是否反转输出(本实验未用)

bit[1]用于手动更新TCMP0和TCNT0寄存器:在第一次使用定时器前,此位需要设为1,此时TCMPB0和TCNTB0寄存器的值装入TCMP0和TCNT0寄存器中

bit[0]用于启动TIMER0

4、TCONO0:只读寄存器,用于读取当前TCON0寄存器的值