【連載】【FPGA黑金開發板】NIOS II那些事兒–SDRAM實驗(十二)

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一、簡介

      這一節，我們來聊聊SDRAM吧。作為NIOS系統中最重要的一個外部器件，它擔任著重要的角色，大家對它也應該很熟悉。每次上電的時候，FPGA都會把FLASH中的程式送到SDRAM中運行，之所以這樣來做就是因為它的速度很快，但它掉電是要遺失資料的，所以要把資料存到FLASH中。

      有關SDRAM的理論知識我在這裡不說了，不知道的百度google一下都可以。其實在NIOS II開發過程中，就算你對SDRAM的理論知識不瞭解，也不耽誤你對它的使用。SOPC builder都已經完美的將它驅動起來，我們只要知道怎麼使用它就可以了。下面，我們就來講講他的使用方法，其實真的很簡單。

      在我們講第一節的時候，我們就已經講了如何構建SDRAM的控制器了，我在這裡不再重複了，假設你已經構建好了，我主要講一下有關軟體的部分。

二、軟體開發

      首先開啟NIOS II 9.0 IDE軟體，開啟後，我們來看看system.h檔案，確定一下SDRAM控制器模組是否已經加入進來。如果加入，有下面的內容出現

#define SDRAM_NAME "/dev/sdram"#define SDRAM_TYPE "altera_avalon_new_sdram_controller"#define SDRAM_BASE 0x01000000…… 

接下來，我們開始編寫有關SDRAM的軟體代碼，代碼很簡單，如下所示

/* * ==================================================================*       Filename:  main.c*    Description:  SDRAM讀寫實驗 *        Version:  1.0.0 *        Created:  2010.4.16 *       Revision:  none *       Compiler:  Nios II 9.0 IDE *         Author:  馬瑞 (AVIC) *          Email:  avic633@gmail.com   * ================================================================= *//*---------------------------------------------------------------- * Include  *----------------------------------------------------------------*/#include <stdio.h>#include "../inc/sopc.h"#include "system.h"#include "string.h"/*--------------------------------------------------------------- *  Variable *---------------------------------------------------------------*/unsigned short * ram = (unsigned short *)(SDRAM_BASE+0x10000); //SDRAM地址/*  * ===  FUNCTION  =================================================== *         Name:  main *  Description:  函數主程式 * ================================================================= */int main(void){    int i;        memset(ram,0,100);    //向ram中寫資料，當ram寫完以後，ram的地址已經變為(SDRAM_BASE+0x10100)    for(i=0;i<100;i++){        *(ram++) = i;    }    //逆向讀取ram中的資料    for(i=0;i<100;i++){        printf("%d\n",*(--ram));    }           return 0;}

      程式很簡單，就是向指定的SDRAM中賦值。在這個程式裡面有幾個地方需要說明一下。首先，我在程式前面定義了一個unsigned short類型的指標變數ram，並將其指向SDRAM+0x10000這個位置。之所以設定為unsigned short資料類型，是因為我們用的SDRAM是16位元據匯流排的。而將其指向SDRAM+0x10000是因為在NIOS II運行時會用到SDRAM的部分空間，我們必須避開這部分空間，以免運行錯誤。0x10000這個值不是固定的，只要避開SDRAM的那部分空間就可以了。除此之外還有一個地方需要注意，就是當我們對sdram賦值以後，指標就會向後移動，指向下一個地址空間，每加一次，地址都會向後面移動16位。假如我們現在是在SDRAM+0X10000這個位置，當指標向後移動一次以後，地址就變為了SDRAM+0X10002，再加一次就變為了SDRAM+0X10004，以此類推。這些都是內部自動處理的，不需要我們來參與，我們只要知道就可以了。

      其實我講這部分內容是想告訴大家，SDRAM控制器一旦構建好以後，我們對SDRAM的處理就像對內部地址一樣，我們可以隨意的進行賦值和讀取。對於開發板上的64Mbit的SDRAM其實有很少一部分用給NIOS系統，其餘部分都在空閑，大家是不是覺得很浪費呢。其實在有些情況下，我們就可以利用起這部分資源，比如在某個系統中，我們需要將外設接收到的資料緩衝一下，我們就可以用這部分閒置SDRAM空間來處理。

      在C語言中，如果我們要接收比較大的資料，還有另一種處理方法，那就是藉助堆（heap）。可能有些人對堆和棧還分不清楚，我在這簡單解釋一下。棧（stack） 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變數 int b，系統自動在棧中為b開闢空間。而堆（heap）需要程式員自己申請，並指明大小。有人用這樣一個比喻來解釋堆和棧的區別，非常形象貼切：使用棧就象我們去飯館裡吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大，這個人真是太有才了。下面我來寫一個堆的代碼，這部分代碼是節選的，並不完全，功能是通過xmodem協議接收資料，並將其內容放到堆裡面。如下所示

/*  * ===  FUNCTION  ================================================== *         Name:  main *  Description:  主函數 * ================================================================= */int main(){        char *ram = (char *)malloc ( sizeof(char)* 500000 );    if ( ram==NULL ) {        fprintf ( stderr, "\ndynamic memory allocation failed\n" );        exit (EXIT_FAILURE);    }            uart.init();        /*------------------- FLASH -----------------------------*/        while(1){        if(uart.mode_flag){             xmodem.xmodem_rx();            printf("ram_cnt:%d\n",ram_cnt);            parse_srecord_buf(ram,ram_cnt);            printf("successful!");            ram_cnt = 0;            uart.mode_flag = 0;        }                            }    free (ram);            return 0;}

      看了上面的代碼大家應該瞭解了堆的用法了吧，它是通過malloc向系統中申請空間的。申請成功以後，就會返回申請地址的首地址，失敗則返回NULL。到底申請在什麼地方，我們可以通過列印指標來得知，但並沒這個必要，因為這些都是系統來處理的，我們得到了首地址然後用就可以了。需要注意一點，我們申請完的地址用完以後需要釋放，用free來釋放就可以了。如果不釋放，可能會出現記憶體泄露問題，到時候麻煩就大了，具體大到什麼程度我也不知道，呵呵。

      可能有人會問，為什麼不用棧來處理這個問題呢？這就跟編譯有關係了，在編譯過程中，系統會將棧需要的空間加到代碼中，也就是說如果你在代碼中用棧來處理大的資料，那麼你編譯以後的代碼會非常大，你下載到flash以後，載入到sdram中的時間也會非常之長。而堆這不會，系統對堆的處理方式是何時用合適分配，並不佔代碼空間。

      說到這，有關SDRAM部分的內容講完了。總結一下，使用SDRAM有兩種方法，第一種是直接對SDRAM地址處理；第二種方法就是利用堆來處理。好了，這部分內容就講到這吧，如果大家對此有疑問，或者發現我講的內容有問題可以直接跟我聯絡，郵箱：avic633@gmail.com；qq:984597569。