SDRAM工作原理

  SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態隨機儲存空間）也就是通常所說的記憶體。在我們現在所用的PC機中，所指的記憶體，其實就是SDRAM，只不過是他的升級版，如DDR記憶體，DDR2記憶體，DDR3記憶體等等，大部分顯卡上的顯存也是SDRAM的。

    記憶體是代碼的執行空間，以PC機為例，程式是以檔案的形式儲存在硬碟裡面的，程式在運行之前先由作業系統裝載入記憶體中，由於記憶體是RAM（隨機訪問儲存空間），可以通過地址去定位一個位元組的資料，CPU在執行程式時將PC的值設定為程式在記憶體中的開始地址， CPU會依次的從記憶體裡取址，解碼，執行，在記憶體沒有被初始化之前，記憶體好比是未建好的房子，是不能讀取和儲存資料的，因此我們要想讓程式運行在記憶體裡必須進行記憶體的初始化。

    在介紹記憶體工作原理之前有必要瞭解下存放裝置的儲存方式：ROM，RAM

    ROM(Read-Only Memory)：唯讀記憶體，是一種只能讀出事先所存資料的固態半導體儲存空間。其特性是一旦儲存資料就無法再將之改變或刪除。通常用在不需經常變更資料的電子或電腦系統中，資料並且不會因為電源關閉而消失。如：PC裡面的BIOS。

    RAM(Random Access Memory) ：隨機訪問儲存空間，儲存單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與儲存單元的位置無關的儲存空間。可以理解為，當你給定一個隨機有效訪問地址，RAM會返回其儲存內容(隨機定址)，它訪問速度與地址的無關。這種儲存空間在斷電時將丟失其儲存內容，故主要用於儲存短時間內隨機訪問使用的程式。電腦系統裡記憶體位址是一個四位元組對齊的地址（32位機），CPU的取指，執行，儲存都是通過地址進行的，因此它可以用來做記憶體。

    RAM按照硬體設計的不同，隨機儲存空間又分為DRAM（Dynamic RAM)動態隨機儲存空間和SRAM（Static RAM) 靜態隨機儲存空間。

    DRAM：它的基本原件是小電容，電容可以在兩個極板上短時間內保留電荷，可以通過兩極之間有無電壓差代表電腦裡的0和1，由於電容的物理特性，要週期性為其充電，否則資料會丟失。對電容的充電過程叫做重新整理，但是製作工藝較簡單，體積小，便於整合化，經常做為電腦裡記憶體製作原件。比如：PC的記憶體，SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等，缺點：由於要定期重新整理儲存介質，存取速度較慢。

    SRAM：它是一種具有靜止存取功能的記憶體，不需要重新整理電路即能儲存它內部儲存的資料。因此其存取速度快，但是體積較大，功耗大，成本高，常用作儲存容量不高，但存取速度快的場合，比如CPU的L1 cache，L2cache(一級，二級緩衝) ，寄存器。

 

    為了滿足開發的需要jz2440在出廠時搭載了三種儲存介質：

（1）NOR FLASH（2M）：ROM儲存空間，通常用來儲存BootLoader，引導系統啟動

（2）NAND FLASH（256M，型號不一樣，Nandflash大小不一樣）：儲存作業系統映像檔案和檔案系統

（3）SDRAM（64M）：記憶體，執行程式

NOR FLASH：它的特點是支援XIP晶片內執行（eXecute In Place），這樣應用程式可以直接在Flash快閃記憶體內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中，也就是說可以隨機定址。NOR FLASH的成本較高。

NAND FLASH：它能提供極高的單元密度，可以達到高儲存密度，並且寫入和擦除的速度也很快。其成本較低，不支援XIP。可做嵌入式裡的資料存放區介質。如：手機儲存卡，SD卡等。

 

S3C2440地址空間：

S3C2440對外引出了27根地址線ADDR0~ADDR26，它最多能夠定址128MB，而S3C2440的定址空間可以達到1GB，這是由於S3C2440將1GB的地址空間分成了8個BANKS（Bank0~Bank7），其中每一個BANK對應一根片選訊號線nGCS0~nGCS7，當訪問BANKx的時候，nGCSx管腳電平拉低，用來選中外接裝置， S3C2440通過8根選訊號線和27根地址線，就可以訪問1GB。如下圖所示：

SDRAM儲存結構：

先來介紹一下CPU提供的一組用於SDRAM的訊號：

1.       SDRAM的時鐘有效訊號SCKE；

2.       SDRAM的時鐘訊號SCLK0，SCLK1；

3.       資料掩碼訊號DQM0，DQM1，DQM2，DQM3；

4.       SDRAM片選訊號nSCS0（它與nGCS6是同一引腳的兩個功能）；

5.       SDRAM行地址選通脈衝訊號nSRAS；

6.       SDRAM列地址選通脈衝訊號nSCAS；

7.       寫允許訊號nWE（它不是專用於SDRAM的）。

SDRAM的內部是一個存放裝置陣列，陣列就類似於表格一樣，有行、列之分，這樣我們要訪問（讀、寫）一個單元，就要先指定一個行地址，一個列地址，這樣就找到了該單元，這就是SDRAM的定址的基本原理。這裡的單元我們一般稱為儲存單元，而整個表格稱為邏輯BANK（Logical  Bank , L-BANK），一般每個SDRAM都會有4個L-BANK。SDRAM的邏輯結構如下圖所示：

jz2440是選用2片HY57V561620FTP-H組成64MB、32位的記憶體，每片32MB容量、16位元據匯流排。原理圖如下：

在圖中可以看到，行地址、列地址共用地址線ADDR2~ADDR14（BANK6位寬為32，ADDR0、1沒有使用），使用nSRAS、nSCAS兩個訊號來區分它們。在jz2440開發板中，使用兩根地址線ADDR24、ADDR25作為L-Bank的選擇訊號；SDRAM晶片K4S561632的行地址數為13，列地址數為9，所以當nSRAS訊號有效時，ADDR2~ADDR14上發出的是行地址訊號，它對應32位地址空間的bit[23:11]；當nSCAS訊號有效時，ADDR2~ADDR10發出的是列地址訊號，它對應32位地址空間的bit[10:2]。

重點關注SDRAM晶片K4S561632地址線 A0~A12的說明：

該晶片每一個Bank有13行（RA0~RA12），9列（CA0~CA8），行定址時使用A0~A12，列定址分時複 用，只使用了CA0~CA8。nRAS、nCAS引腳，用於標識當前是行定址還是列定址，從而實現地址線的分時複用。

jz2440開發板是由兩塊16位的SDRAM晶片並聯組成32位的位寬，與CPU的32根資料線DATA0~DATA1相連。SDRAM是串連在BANK6上的，起始地址為0x30000000，所以SDRAM的訪問地址為0x30000000~0x33FFFFFF，大小為64MB。

 

看了上面那些內容，裡面有某些東西令我百思不得其解，可能是自己太笨了，不過最後還是想明白了。

1、為什麼兩塊SDRAM晶片並聯起來，容量大小是64MB呢。

原因是這樣的：SDRAM晶片有4個bank，每個bank的行地址數是13、列地址數是9，由兩塊16位的SDRAM晶片並聯組成32位的位寬，與CPU的32根資料線DATA0~DATA1相連。則其儲存空間為(2^13*2^9*4*32bit)/8 = 2^26*8bit/ 8 = 2^26 Byte = 64MB

 

2、為什麼SDRAM晶片的A0地址引腳串連的是ARM晶片的A2引腳呢。  

根據上一問可知，該SDRAM儲存空間為64MB，S3C2440要定址64MB需要地址線26根。由原理圖可知SDRAM的資料匯流排位寬為32位，即一次傳輸4個位元組的資料。因此，我們可以這樣理解，即一個地址空間其實對應著4個位元組的資料，實際上真正的定址空間只有16MB而已，只需24根地址線（行地址線13根，列地址線9根，還有L-Bank選擇訊號的A24、A25兩根地址線，總共24根）就已經足夠了，這樣S3C2440端並不需要將26根地址線全部串連到SDRAM晶片上，只需要給出高24位地址（A2~A25），相當於資料匯流排上每傳輸4個位元組的資料，地址空間的第三位（A2）才增加1，即A0和A1可以不接。此時的A0和A1應該是低電平。然後，SDRAM晶片即根據S3C2440給的行地址、列地址和L-Bank選擇訊號找到對應的地址空間，將該地址空間的4個位元組發送到資料匯流排上。以此類推，資料位元寬為8位，就arm晶片的A0接SDRAM的A0，16位就A1接A0，32位就A2接A0。

 

還有一個細節，即為什麼SDRAM晶片的BA0~BA1串連的是S3C2440晶片的LADDR24~LADDR25引腳。

   因為，HY57V561620為32MB的SDRAM晶片，我們知道，32MB的儲存空間是需要 25 根地址線定址的，由於BA0~BA1引腳決定了訪問第幾個Bank，即決定了儲存空間的最高兩位，因此，需要使用S3C2440的25根地址線中的最高兩位來串連 BA0~BA1，這樣就可以滿足定址的映射要求了。