MCU在擴展的SDRAM上可以運行嗎

在使用MCU的嵌入式系統(tǒng)設計中，當程序或者數(shù)據(jù)內存占用太大而無法放入片上閃存或SRAM時，開發(fā)者通?？紤]使用SDRAM。

別問我為什么你的MCU不支持SDRAM。

SDRAM是同步動態(tài)隨機存取存儲器的縮寫。在微控制器應用中，微控制器通過使用外部存儲控制器（EMC）操作訪問SDRAM ，SDRAM時鐘頻率通常為100MHz或133MHz。

外部存儲控制器通常不支持DDR SDRAM， 數(shù)據(jù)只是單邊沿采樣，即并行數(shù)據(jù)總線可以接受一個命令并在每個時鐘周期傳輸一個數(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。

SDRAM初始化

SDRAM必須在使用前進行配置，SDRAM初始化分為6個步驟。

配置EMC寄存器的SDRAM時鐘頻率、字節(jié)順序和時序參數(shù)。

SDRAM的時序比較復雜，用戶需要通過查閱相關SDRAM芯片的手冊獲得時序參數(shù)（如刷新周期、預充電命令周期、自刷新退出時間、寫恢復時間等等）。

發(fā)送NOP命令

發(fā)送預充電命令

發(fā)送兩次自動刷新命令

設置SDRAM模式

發(fā)送正常運行命令

系統(tǒng)啟動時，SDRAM尚未初始化。理論上，程序在系統(tǒng)啟動后的任何時刻都可以進行SDRAM初始化。然而，由于SDRAM初始化過程比較復雜，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行。

具體上講，開發(fā)者在芯片剛剛啟動時（如Reset_Handler中）初始化SDRAM需要留心以下細節(jié)：

由于SDRAM初始化函數(shù)使用系統(tǒng)堆?；蛉肿兞?，開發(fā)者必須確保系統(tǒng)堆?；蛉肿兞克诘奈锢韮却嫔想娂皶r鐘使能。

在程序跳轉到主程序啟動之前，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，開發(fā)者必須手動初始化變量。

舉個例子，在LPC5460x中，開發(fā)者需要在SystemInit函數(shù)中初始化SDRAM，該函數(shù)（SystemInit）由Reset_Handler調用。在調用系統(tǒng)初始化之前，要通過設置AHBCLKCTRLSET0寄存器將SRAM時鐘使能。

Reset_HandlerPROC EXPORTReset_Handler ［WEAK］ IMPORTSystemInitIMPORT__main ;clock control SRAM1/SRAM2/SRAM3 for stack LDRr0， = 0x40000220 ; AHBCLKCTRLSET0 MOVr1， #0x38 STRr1， ［r0］ LDRr0， =SystemInit BLXr0 LDRr0， =__main BXr0 ENDP

SDRAM存儲器布局

當使用SDRAM時，外部存儲控制器（EMC）分配SDRAM一定的地址空間。開發(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LPC5460x系列微控制器為例，SDRAM支持4個片選區(qū)，每個片選區(qū)最大支持256MB空間。

SDRAM片選地址范圍

00xA0000000 - 0xA7FFFFFF

10xA8000000 - 0xAFFFFFFF

20xB0000000 - 0xB7FFFFFF

30xB8000000 - 0xBFFFFFFF

當SDRAM的硬件連接使用SDRAM片選0的情況下，在KEIL平臺下，將加載在SPI FLASH的Coremark基準測試程序拷貝到SDRAM中執(zhí)行需要以下幾步。（coremark基準測試程序包括core_list_join.c，core_matrix.c，core_state.c及core_util.c）。

定義SDRAM區(qū)域，從0xA0000000開始，大小為0x80000。定義SPI FLASH區(qū)域，大小為0x80000（SPI FLASH存儲器的起始地址為0x10000000）。

在C源碼中使用“SDRAM_Data” 和 “SDRAM_Function”屬性，標記放在SDRAM區(qū)域中的數(shù)據(jù)或程序。（SDRAM_Data和SDRAM_Function只是文本名字）。

也可以將整個目標文件的數(shù)據(jù)和程序段配置到SDRAM

# definem_spifi_start 0x10000000 # definem_spifi_size 0x800000 # definem_sdram_start 0xA0000000 # definem_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中運行程序，開發(fā)者可能需要配置ARM內核內存保護單元（MPU）。

內存保護單元（MPU）是一個可編程單元，用于定義內存訪問權限。當MPU沒有使能時，內存地址空間具有默認的訪問權限。

如ARM Cortex?-M4器件通用用戶指南中所述，當程序執(zhí)行SDRAM中的代碼且SDRAM內存影射地址的默認屬性為禁止執(zhí)行時， 內核就會產(chǎn)生HARDFAULT異常，且指令訪問沖突標志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SDRAM被影射到默認不可執(zhí)行的地址空間時（如在LPC5460x中，SDRAM影射到0xA0000000起始的地址），開發(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

最后，小編在LPC5460x經(jīng)過程序運行CoreMark性能基準測試，總結了一點點經(jīng)驗，分享給大家

SDRAM（16位帶寬）中的代碼執(zhí)行效率僅為在內部SRAM中執(zhí)行效率性能40％，大約是內部FLASH中運行代碼性能的50％；

代碼在SDRAM中運行時，較高的CPU頻率（CPU沒有Cache）不能改善執(zhí)行效率，這時SDRAM帶寬成為系統(tǒng)性能的瓶頸。

基于這樣的測試結果，建議大家在要求較高性能時，把程序代碼放在內部SRAM執(zhí)行，而用片外大容量的SDRAM存放海量的數(shù)據(jù)。

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