MCU如何在擴(kuò)展的SDRAM上運(yùn)行程序?
在使用MCU的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,當(dāng)程序或者數(shù)據(jù)內(nèi)存占用太大而無(wú)法放入片上閃存或SRAM時(shí),開(kāi)發(fā)者通??紤]使用SDRAM。
別問(wèn)我為什么你的MCU不支持SDRAM。
SDRAM是同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的縮寫(xiě)。在微控制器應(yīng)用中,微控制器通過(guò)使用外部存儲(chǔ)控制器(EMC)操作訪(fǎng)問(wèn)SDRAM ,SDRAM時(shí)鐘頻率通常為100MHz或133MHz。
外部存儲(chǔ)控制器通常不支持DDR SDRAM, 數(shù)據(jù)只是單邊沿采樣,即并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)可以接受一個(gè)命令并在每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)字。
在SDRAM中執(zhí)行程序是使用SDRAM的一種典型用法, 小編這里就介紹一下SDRAM中執(zhí)行程序的方法和SDRAM執(zhí)行程序的性能基準(zhǔn)。
SDRAM初始化
SDRAM必須在使用前進(jìn)行配置,SDRAM初始化分為6個(gè)步驟。
- 配置EMC寄存器的SDRAM時(shí)鐘頻率、字節(jié)順序和時(shí)序參數(shù)。
SDRAM的時(shí)序比較復(fù)雜,用戶(hù)需要通過(guò)查閱相關(guān)SDRAM芯片的手冊(cè)獲得時(shí)序參數(shù)(如刷新周期、預(yù)充電命令周期、自刷新退出時(shí)間、寫(xiě)恢復(fù)時(shí)間等等)。 - 發(fā)送NOP命令
- 發(fā)送預(yù)充電命令
- 發(fā)送兩次自動(dòng)刷新命令
- 設(shè)置SDRAM模式
- 發(fā)送正常運(yùn)行命令
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),SDRAM尚未初始化。理論上,程序在系統(tǒng)啟動(dòng)后的任何時(shí)刻都可以進(jìn)行SDRAM初始化。然而,由于SDRAM初始化過(guò)程比較復(fù)雜,使用的系統(tǒng)資源較多,SDRAM初始化必須在所需的系統(tǒng)資源初始化完成后再進(jìn)行。
具體上講,開(kāi)發(fā)者在芯片剛剛啟動(dòng)時(shí)(如Reset_Handler中)初始化SDRAM需要留心以下細(xì)節(jié):
- 由于SDRAM初始化函數(shù)使用系統(tǒng)堆?;蛉肿兞浚_(kāi)發(fā)者必須確保系統(tǒng)堆?;蛉肿兞克诘奈锢韮?nèi)存上電及時(shí)鐘使能。
- 在程序跳轉(zhuǎn)到主程序啟動(dòng)之前,全局變量未清零或初始化,如果在主函數(shù)之前執(zhí)行SDRAM初始化,開(kāi)發(fā)者必須手動(dòng)初始化變量。
舉個(gè)例子,在LPC5460x中,開(kāi)發(fā)者需要在SystemInit函數(shù)中初始化SDRAM,該函數(shù)(SystemInit)由Reset_Handler調(diào)用。在調(diào)用系統(tǒng)初始化之前,要通過(guò)設(shè)置AHBCLKCTRLSET0寄存器將SRAM時(shí)鐘使能。
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
; clock control SRAM1/SRAM2/SRAM3 for stack
LDR r0, = 0x40000220 ; AHBCLKCTRLSET0
MOV r1, #0x38
STR r1, [r0]
LDR r0, =SystemInit
BLX r0
LDR r0, =__main
BX r0
ENDP
SDRAM存儲(chǔ)器布局
當(dāng)使用SDRAM時(shí),外部存儲(chǔ)控制器(EMC)分配SDRAM一定的地址空間。開(kāi)發(fā)者可以使用鏈接描述文件將代碼或數(shù)據(jù)分配到SDRAM中。值得注意的是,鏈接器腳本編程在不同IDE之間是不同的。
以L(fǎng)PC5460x系列微控制器為例,SDRAM支持4個(gè)片選區(qū),每個(gè)片選區(qū)最大支持256MB空間。
SDRAM片選 | 地址范圍 |
0 | 0xA0000000 - 0xA7FFFFFF |
1 | 0xA8000000 - 0xAFFFFFFF |
2 | 0xB0000000 - 0xB7FFFFFF |
3 | 0xB8000000 - 0xBFFFFFFF |
當(dāng)SDRAM的硬件連接使用SDRAM片選0的情況下,在KEIL平臺(tái)下,將加載在SPI FLASH的Coremark基準(zhǔn)測(cè)試程序拷貝到SDRAM中執(zhí)行需要以下幾步。(coremark基準(zhǔn)測(cè)試程序包括core_list_join.c,core_matrix.c,core_state.c及core_util.c)。
- 定義SDRAM區(qū)域,從0xA0000000開(kāi)始,大小為0x80000。定義SPI FLASH區(qū)域,大小為0x80000(SPI FLASH存儲(chǔ)器的起始地址為0x10000000)。
- 在C源碼中使用“SDRAM_Data” 和 “SDRAM_Function”屬性,標(biāo)記放在SDRAM區(qū)域中的數(shù)據(jù)或程序。(SDRAM_Data和SDRAM_Function只是文本名字)。
- 也可以將整個(gè)目標(biāo)文件的數(shù)據(jù)和程序段配置到SDRAM
#define m_spifi_start 0x10000000
#define m_spifi_size 0x800000
#define m_sdram_start 0xA0000000
#define m_sdram_size 0x80000
LR_m_text2 m_spifi_start m_spifi_size { ; load to SPIFI
LR_m_sdram_text m_sdram_start m_sdram_size {
*(SDRAM_Data) *(SDRAM_Function) core_list_join.o core_matrix.o core_state.o
core_util.o
}
配置MPU
在SDRAM中運(yùn)行程序,開(kāi)發(fā)者可能需要配置ARM內(nèi)核內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)。
內(nèi)存保護(hù)單元(MPU)是一個(gè)可編程單元,用于定義內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。當(dāng)MPU沒(méi)有使能時(shí),內(nèi)存地址空間具有默認(rèn)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。
如ARM Cortex?-M4器件通用用戶(hù)指南中所述,當(dāng)程序執(zhí)行SDRAM中的代碼且SDRAM內(nèi)存影射地址的默認(rèn)屬性為禁止執(zhí)行時(shí), 內(nèi)核就會(huì)產(chǎn)生HARDFAULT異常,且指令訪(fǎng)問(wèn)沖突標(biāo)志SCB->CFSR為 1,該異常表示處理器嘗試從不允許執(zhí)行的位置獲取指令。
因此,當(dāng)SDRAM被影射到默認(rèn)不可執(zhí)行的地址空間時(shí)(如在LPC5460x中,SDRAM影射到0xA0000000起始的地址),開(kāi)發(fā)者必須配置并使能MPU才能在SDRAM中執(zhí)行代碼。如下例中,代碼配置并使能MPU,允許從0xA0000000到0xA0100000的內(nèi)存區(qū)域是可執(zhí)行的。
MPU->RNR = 0; //Region number 0
MPU->RBAR = 0xA0000000; //Region base address
/* Full Access | TEX: 000 | S: 0 | C: 0 | B:0 (No cacheable, no shareable)| 1M SIZE | ENABLE */
MPU->RASR = (0 << 28) | (0x3 << 24) | (0x0 << 19) | (0 << 18) | (0 << 17) | (0 << 16) | (0xFF < 8) | (0x13 << 1) | (1 << 0); //Region size and enable
MPU->CTRL = MPU_CTRL_ENABLE_Msk | MPU_CTRL_PRIVDEFENA_Msk;
SDRAM性能基準(zhǔn)
最后,小編在LPC5460x經(jīng)過(guò)程序運(yùn)行CoreMark性能基準(zhǔn)測(cè)試,總結(jié)了一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn),分享給大家
- SDRAM(16位帶寬)中的代碼執(zhí)行效率僅為在內(nèi)部SRAM中執(zhí)行效率性能40%,大約是內(nèi)部FLASH中運(yùn)行代碼性能的50%;
- 代碼在SDRAM中運(yùn)行時(shí),較高的CPU頻率(CPU沒(méi)有Cache)不能改善執(zhí)行效率,這時(shí)SDRAM帶寬成為系統(tǒng)性能的瓶頸。
基于這樣的測(cè)試結(jié)果,建議大家在要求較高性能時(shí),把程序代碼放在內(nèi)部SRAM執(zhí)行,而用片外大容量的SDRAM存放海量的數(shù)據(jù)。
END
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