记忆体控制器

记忆体控制器6-1第一页，共四十七页，2022年，8月28日大綱記憶體分類概論功能描述記憶體系統範例記憶體存取記憶體組態暫存器6-2第二页，共四十七页，2022年，8月28日記憶體分類隨機存取記憶體靜態隨機存取記憶體動態隨機存取記憶體同步動態隨機存取記憶體雙速率隨機存取記憶體唯讀記憶體可抹除可程式唯讀記憶體電子式可抹除可程式唯讀記憶體快閃記憶體6-3第三页，共四十七页，2022年，8月28日隨機存取記憶體簡稱為記憶體系統在運算過程中暫時儲存資料的空間系統有電源時，資料存在於系統中，系統關機時記憶體中的資料則全部消失要保留記憶體的內容，在關機前將資料儲存到永久性儲存媒體中可分成兩大類：靜態隨機存取記憶體動態隨機存取記憶體6-4第四页，共四十七页，2022年，8月28日靜態隨機存取記憶體每個位元使用四到六個電晶體所組成，沒有需要充電的元件沒有電容器放電的問題，不需要不斷地充電存取時間較短，製造成本較高，而且容量也比動態隨機存取記憶體還小主要用作快取記憶體未來的發展以通訊市場為重點，主要是在手機市場6-5第五页，共四十七页，2022年，8月28日動態隨機存取記憶體由電容組成的陣列且以電荷方式來儲存資料必須適時的充電以免電荷消失而導致資料遺失需要有外部電路的支援，使得CPU對記憶體存取的延遲價格便宜容量大，普遍用於多數的電腦系統中發展出好幾種不同類型的動態隨機存取記憶6-6第六页，共四十七页，2022年，8月28日同步動態隨機存取記憶體時脈速度上比動態隨機存取記憶體還要快上許多倍利用同步計時器對記憶體的輸出輸入做控制，使得CPU能與記憶體有相同的時脈同時開啟兩個記憶體的分頁採用3.3V電壓，168個接腳，可以搭配CPU的各種不同類型的外頻規格6-7第七页，共四十七页，2022年，8月28日雙速率隨機存取記憶體加強的同步動態隨機存取記憶體在一個時脈週期的波峰與波底都能夠傳輸資料傳輸率至少是同步動態隨機存取記憶體的兩倍規格不同於同步動態隨機存取記憶體採用2.5V電壓，184個接腳，外頻為133MHz6-8第八页，共四十七页，2022年，8月28日唯讀記憶體非揮發記憶體不需電力的供給，記憶體內的資料會長時間的被儲存起來由大型二極體所組成的陣列構成主要是存放開機時所需的軟體可分為：可抹除可程式唯讀記憶體電子式可抹除可程式唯讀記憶體快閃記憶體6-9第九页，共四十七页，2022年，8月28日可抹除可程式唯讀記憶體利用紫外線的照射晶片頂端的一個小窗口，將記憶體內部的資料清除掉再透過燒錄器，把資料燒錄到記憶體中大約能重複寫入100次左右不用於經常性變動參數的電腦系統內未來會朝往通訊用途發展，如用於手機6-10第十页，共四十七页，2022年，8月28日電子式可抹除可程式唯讀記憶體可以在電路上做清除與寫入不必額外提高電壓就能將資料寫入到記憶體內，只需寫入某些控制碼大約可重複寫入高達10000次左右不適合用來存放韌體儲存介面介面卡的設定資料未來會朝往也通訊用途發展，如用於手機6-11第十一页，共四十七页，2022年，8月28日快閃記憶體最新技術的唯讀記憶體有電子式可抹除可程式唯讀記憶體可重複寫入的功能，同時也具備一般唯讀記憶體的大容量重複寫入次數可達1000000次之多資料更新是以每個區塊為單位加以覆寫價格較便宜且容量大，逐漸成為主流6-12第十二页，共四十七页，2022年，8月28日概論PXA250與PXA210應用處理器外部記憶體匯流排支援同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)同步與非同步突發傳輸(burst)模式分頁模式(mode)快閃記憶體同步遮罩唯讀記憶體(SMROM)分頁模式唯讀記憶體靜態隨機存取記憶體(SRAM)類似SRAM可變延遲I/O(VLIO)16位元PC卡擴充記憶體快閃記憶體記憶體型態可利用記憶體介面組態暫存器來設定6-13第十三页，共四十七页，2022年，8月28日6-14第十四页，共四十七页，2022年，8月28日功能描述說明SDRAM介面簡介靜態記憶體介面與可變延遲I/O介面16位元PC卡與快閃記憶體介面6-15第十五页，共四十七页，2022年，8月28日說明IntelPXA250與PXA210應用處理器有三個不同的記憶體空間SDRAM靜態記憶體卡記憶體SDRAM有4個分割，靜態記憶體有6個，卡的空間有2個當記憶體存取需跨過相鄰分割的範圍時，這兩個分割的組態必須一致(包括匯流排寬度及突發傳送長度)6-16第十六页，共四十七页，2022年，8月28日SDRAM介面簡介應用處理器的SDRAM介面提供4個16與32位元寬的SDRAM分割每個分割可定址64MB的內部記憶體，但實際的大小需視SDRAM的組態而定4個分割分成成對的兩組分割0與分割1分割2與分割3每對內的分割其大小與組態必須相同6-17第十七页，共四十七页，2022年，8月28日SDRAM介面簡介(cont.)應用處理器在一般操作時會自動充電(CBR)，並支援在睡眠模式時自我充電(self-refreshing)當設定auto-power-downmode位元時,SDRAM的時脈與時脈致能在沒有SDRAM的分割被存取時會自動的變成不作用(de-assert)應用處理器支援x8,x16與x32的SDRAM晶片6-18第十八页，共四十七页，2022年，8月28日SDRAM介面簡介(cont.)當致能一個SDRAM的分割時,一個模式暫存器設定命令(MRS)會寫入MDMRS暫存器來送到SDRAM裝置MRS命令會設定SDRAM的內部模式暫存器成順序突發傳輸型態且設定突發傳輸長度為4CAS延遲由MDCNFG的DTC0或DTC2欄位設定6-19第十九页，共四十七页，2022年，8月28日SDRAM記憶體選擇可支援4個分割區，分為2對每個分割區須有相同SDRAM大小組態時序種類資料匯排寬度6-20第二十页，共四十七页，2022年，8月28日SDRAM記憶體大小選擇範例SDRAM組態（WordxBits）晶片大小晶片數目／分割區BankBitsxRowBitsxColumnBits分割區大小（Mbyte／分割區）16位元Bus32位元Bus16位元Bus32位元Bus1Mx1616Mbit121x11x82Mbyte4Mbyte2Mx816Mbit241x11x94Mbyte8Mbyte2Mx3264MbitN/A12x11x8N/A8Mbyte4Mx1664Mbit121x13x82x12x88Mbyte16Mbyte8Mx864Mbit241x13x92x12x916Mbyte32Mbyte8Mx16128Mbit122x12x916Mbyte32Mbyte16Mx8128Mbit242x12x1032Mbyte64Mbyte16Mx16256Mbit122x13x932Mbyte64Mbyte32Mx8256Mbit242x13x1064Mbyte128Mbyte–超過分割區大小6-21第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日應用處理器訊號4個分割選擇訊號(nSDCS[3:0])4個位元組選擇訊號(DQM[3:0])15個多工組／列／行位址訊號(MA[24:0])1個啟動寫入訊號(nWE)1個行位址選通脈衝(nSDCAS)1個列位址選通脈衝(nSDRAS)1個啟動時脈訊號(SDCKE[1])2個時脈訊號(SDCLK[2:1])32個資料訊號(MD[31:0])6-22第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日靜態記憶體介面與可變延遲I/O介面支援最多6組(bank)有6個晶片選擇(nCS[5:0])與26位元的位元組地址(MA[25:0])每組記憶體最多可以有64MB6-23第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日靜態記憶體介面與可變延遲I/O介面(cont.)每個晶片選擇可個別程式化來選擇所支援的靜態記憶體類別之一：nCS[5:0]支援非突發傳輸ROM或快閃記憶體nCS[5:0]支援突發傳輸ROM或快閃記憶體(非突發傳輸寫入)nCS[5:0]支援突發和非突發傳輸SRAMnCS[5:0]支援可變延遲I/OnCS[3:0]支援同步靜態記憶體6-24第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日靜態記憶體介面與可變延遲I/O介面(cont.)可變延遲I/O介面與SRAM的不同允許資料準備(data-ready)輸入訊號RDY插入可變個數的等待狀態應用處理器重置時會先從位址0x00取得指令並執行晶片選擇nCS<0>會作用BOOL_SEL腳位決定開機記憶體的型態6-25第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日靜態記憶體介面為了使每個晶片選擇最多可存取64Mbyte，處理器提供26位元的位元組位址使用32位元系統不可連接MA[1:0]使用16位元系統不可連接MA[0]在32位元系統的讀取，DQM[3:0]和MA[1:0]都為0在16位元系統的讀取，DQM[1:0]和MA[0]都為06-26第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日32位元匯流排寫入存取資料大小MA[1:0]DQM[3:0]8位元0011108位元0111018位元1010118位元11011116位元00110016位元10001132位元0000006-27第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日16位元匯流排寫入存取資料大小MA[0]DQM[1:0]8位元0108位元10116位元0006-28第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日16位元PC卡與快閃記憶體介面提供控制訊號支援16位元PC卡與快閃記憶體的任意組合最多兩個插槽使用地址線MA[25:0]與資料線MD[15:0]6-29第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日16位元PC卡與快閃記憶體介面(cont.)16位元PC卡與快閃記憶體控制器提供以下訊號nPREG作MA[26]和選擇暫存器空間(I/O或屬性)對記憶體空間的多工處理nPOE與nPWE允許記憶體與屬性讀取和寫入nPIOR、nPIOW與nIOIS16控制I/O讀取和寫入nPWAIT允許延伸的讀取時間nPCE2與nPCE1為16位元資料匯流排位元組高低選擇。PSKTSEL選擇2個卡槽之一6-30第三十页，共四十七页，2022年，8月28日16位元PC卡與快閃記憶體介面(cont.)16位元PC卡記憶體映象空間分成8個分割區每個插槽有4個分割區4個分割區為：共用記憶體I/O屬性記憶體保留空間。每一個分割區皆以64Mbyte的邊界開始6-31第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日記憶體系統範例使用4Mx16位元的SDRAM裝置(共48MB)在靜態組0與1的2Mx16位元的SMROM以及在靜態組2的RAM裝置6-32第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日6-33第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日6-34第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日記憶體存取若記憶體存取後，有一段匯流排閒置時間，則控制訊號會回到不活動的(inactive)狀態為了避免不必要的轉變與消除，位址和資料訊號仍為原來的數值6-35第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日裝置交易(DeviceTransactions)匯流排操作突發傳輸大小（word）開始位址Bits[4:2]說明Readsingle1任何由核心、DMA或LCD的請求所產生。Readburst404由DMA或LCD的請求所產生。Readburst80由於快取線（cacheline）滿載而產生。Writesingle1任何1..4位元組由位元組遮罩指定要寫入那些位元組。由DMA的請求所產生。Writeburst20,1,24,5,6每一個word的所有4個位元組都被寫入。由DMA的請求所產生。Writeburst30,14,5每一個word的所有4個位元組都被寫入。由DMA的請求所產生。Writeburst404每一個word的所有4個位元組都被寫入。由DMA的請求所產生。Writeburst80快取線（cacheline）複製回去。全部32個byte都被寫入。6-36第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日讀取與寫入DQM<3:0>為資料遮罩位元DQM<3>對應到MD<31:24>DQM<2>對應到MD<23:16>DQM<1>對應到MD<15:8>DQM<0>對應到MD<7:0>當高電位觸發時，對應的位元遮蔽MD<31:0>匯流排上資料的相關位元組而當低電位反觸發時，對應的位元不會遮蔽MD<31:0>匯流排上資料的相關位元組6-37第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日放棄與不存在的記憶體存取記憶體映象保留的部分，會導致資料放棄的例外事件硬體不會偵測到讀取或寫入至啟動的記憶體或不存在的記憶體若啟動的分割區內的記憶體不存在，則讀取會傳回不確定的資料如果記憶體並未佔有分割區全部的64MB，則執行讀取或寫入至這些未被佔有的區域時，仍與記憶體佔有分割區全部的64MB時相同6-38第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日放棄與不存在的記憶體(cont.)單一字組對未啟動的SDRAM分割區（MDCNFG:DEx=0）做存取導致對所有的分割區進行一個CBR更新週期這種技術被使用在硬體初始化程序。6-39第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日放棄目標（target-abort）的例外事件突發傳輸讀取對未啟動的SDRAM做存取會導致放棄目標（target-abort）的例外事件對Flash/ROM空間做突發寫入與突發傳輸至組態空間也會產生Target-abortTarget-abort可以是資料放棄或預先取得(prefetch)放棄，依據試圖作突發傳輸的來源而定6-40第四十页，共四十七页，2022年，8月28日記憶體組態暫存器組態暫存器是記憶體介面控制暫存器中的一個記憶體介面控制暫存器必須對應為不可快取（non-cacheable）與不可緩衝（non-bufferable)只可為單一word存取被分組為同一分頁，而所有記憶體介面控制暫存器都具有相同記憶體保護6-41第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日記憶體介面控制暫存器列表實體位址符號暫存器名稱0x48000000MDCNFGSDRAM組態暫存器0x48000004MDREFRSDRAM更新控制暫存器0x48000008MSC0靜態記憶體控制暫存器00x4800000CMSC1靜態記憶體控制暫存器10x48000010MSC2靜態記憶體控制暫存器20x48000014MECR擴充記憶體（16位元PC卡／CompactFlash）匯流排組態暫存器0x4800001CSXCNFG同步靜態記憶體暫存器0x48000024SXMRS將MRS值寫入SMROM0x48000028MCME0插卡介面通用記憶體空間插座0時序組態0x4800002CMCME1插卡介面通用記憶體空間插座1時序組態0x48000030MCATT0插卡介面屬性空間插座0時序組態0x48000034MCATT1插卡介面屬性空間插座1時序組態0x48000038MCIO0插卡介面空間插座0時序組態0x4800003CMCIO1插卡介面空間插座1時序組態0x48000040MDMRS將MRS值寫入SDRAM6-42第四十二页，共四十七页，2022年，8月28日啟動記憶體之選擇和設定(cont.)位元名稱說明31:4-保留3PKG_TYPE處理器類型。此位元為唯讀。0–PXA210應用處理器1–PXA250應用處理器2:0BOOT_SEL包含3個應用處