SDRAM工作原理

SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機存儲器）也就是通常所說的內存。在我們現在所用的PC機中，所指的內存，其實就是SDRAM，只不過是他的升級版，如DDR內存，DDR2內存，DDR3內存等等，大部分顯卡上的顯存也是SDRAM的。

內存是代碼的執(zhí)行空間，以PC機為例，程序是以文件的形式保存在硬盤里面的，程序在運行之前先由操作系統(tǒng)裝載入內存中，由于內存是RAM（隨機訪問存儲器），可以通過地址去定位一個字節(jié)的數據，CPU在執(zhí)行程序時將PC的值設置為程序在內存中的開始地址， CPU會依次的從內存里取址，譯碼，執(zhí)行，在內存沒有被初始化之前，內存好比是未建好的房子，是不能讀取和存儲數據的，因此我們要想讓程序運行在內存里必須進行內存的初始化。

在介紹內存工作原理之前有必要了解下存儲設備的存儲方式：ROM，RAM

ROM(Read-Only Memory)：只讀存儲器，是一種只能讀出事先所存數據的固態(tài)半導體存儲器。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(tǒng)中，資料并且不會因為電源關閉而消失。如：PC里面的BIOS。

RAM(Random Access Memory) ：隨機訪問存儲器，存儲單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與存儲單元的位置無關的存儲器。可以理解為，當你給定一個隨機有效的訪問地址，RAM會返回其存儲內容(隨機尋址)，它訪問速度與地址的無關。這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內容，故主要用于存儲短時間內隨機訪問使用的程序。計算機系統(tǒng)里內存地址是一個四字節(jié)對齊的地址（32位機），CPU的取指，執(zhí)行，存儲都是通過地址進行的，因此它可以用來做內存。

RAM按照硬件設計的不同，隨機存儲器又分為DRAM（Dynamic RAM)動態(tài)隨機存儲器和SRAM（Static RAM) 靜態(tài)隨機存儲器。

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計算機里的0和1，由于電容的物理特性，要定期的為其充電，否則數據會丟失。對電容的充電過程叫做刷新，但是制作工藝較簡單，體積小，便于集成化，經常做為計算機里內存制作原件。比如：PC的內存，SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等，缺點：由于要定期刷新存儲介質，存取速度較慢。

SRAM：它是一種具有靜止存取功能的內存，不需要刷新電路即能保存它內部存儲的數據。因此其存取速度快，但是體積較大，功耗大，成本高，常用作存儲容量不高，但存取速度快的場合，比如CPU的L1 cache，L2cache(一級，二級緩存) ，寄存器。

為了滿足開發(fā)的需要jz2440在出廠時搭載了三種存儲介質：

（1）NOR FLASH（2M）：ROM存儲器，通常用來保存BootLoader，引導系統(tǒng)啟動

（2）NAND FLASH（256M，型號不一樣，Nandflash大小不一樣）：保存操作系統(tǒng)映像文件和文件系統(tǒng)

（3）SDRAM（64M）：內存，執(zhí)行程序

NOR FLASH：它的特點是支持XIP芯片內執(zhí)行（eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中，也就是說可以隨機尋址。NOR FLASH的成本較高。

NAND FLASH：它能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。其成本較低，不支持XIP。可做嵌入式里的數據存儲介質。如：手機存儲卡，SD卡等。

S3C2440地址空間：

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

SDRAM存儲結構：

先來介紹一下CPU提供的一組用于SDRAM的信號：

SDRAM的時鐘有效信號SCKE；

SDRAM的時鐘信號SCLK0，SCLK1；

數據掩碼信號DQM0，DQM1，DQM2，DQM3；

SDRAM片選信號nSCS0（它與nGCS6是同一引腳的兩個功能）；

SDRAM行地址選通脈沖信號nSRAS；

SDRAM列地址選通脈沖信號nSCAS；

寫允許信號nWE（它不是專用于SDRAM的）。

SDRAM的內部是一個存儲陣列，陣列就類似于表格一樣，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的尋址的基本原理。這里的單元我們一般稱為存儲單元，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位的內存，每片32MB容量、16位數據總線。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兩個信號來區(qū)分它們。在jz2440開發(fā)板中，使用兩根地址線ADDR24、ADDR25作為L-Bank的選擇信號；SDRAM芯片K4S561632的行地址數為13，列地址數為9，所以當nSRAS信號有效時，ADDR2 ~ ADDR14上發(fā)出的是行地址信號，它對應32位地址空間的bit[23:11]；當nSCAS信號有效時，ADDR2~ADDR10發(fā)出的是列地址信號，它對應32位地址空間的bit[10:2]。

重點關注SDRAM芯片K4S561632地址線 A0~A12的說明：

SDRAM工作原理

該芯片每一個Bank有13行（RA0 ~ RA12），9列（CA0 ~ CA8），行尋址時使用A0 ~ A12，列尋址分時復 用，只使用了CA0 ~ CA8。nRAS、nCAS引腳，用于標識當前是行尋址還是列尋址，從而實現地址線的分時復用。

jz2440開發(fā)板是由兩塊16位的SDRAM芯片并聯(lián)組成32位的位寬，與CPU的32根數據線DATA0 ~ DATA1相連。SDRAM是連接在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，里面有某些東西令我百思不得其解，可能是自己太笨了，不過最后還是想明白了。

1、為什么兩塊SDRAM芯片并聯(lián)起來，容量大小是64MB呢？

原因是這樣的：SDRAM芯片有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芯片并聯(lián)組成32位的位寬，與CPU的32根數據線DATA0~DATA1相連。則其存儲空間為(2^13 * 2^9 * 4 * 32bit)/8 = 2^26 * 8bit/ 8 = 2^26 Byte = 64MB

2、為什么SDRAM芯片的A0地址引腳連接的是ARM芯片的A2引腳呢？

根據上一問可知，該SDRAM存儲空間為64MB，S3C2440要尋址64MB需要地址線26根。由原理圖可知SDRAM的數據總線位寬為32位，即一次傳輸4個字節(jié)的數據。因此，我們可以這樣理解，即一個地址空間其實對應著4個字節(jié)的數據，實際上真正的尋址空間只有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選擇信號的A24、A25兩根地址線，總共24根）就已經足夠了，這樣S3C2440端并不需要將26根地址線全部連接到SDRAM芯片上，只需要給出高24位地址（A2~A25），相當于數據總線上每傳輸4個字節(jié)的數據，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。然后，SDRAM芯片即根據S3C2440給的行地址、列地址和L-Bank選擇信號找到對應的地址空間，將該地址空間的4個字節(jié)發(fā)送到數據總線上。以此類推，數據位寬為8位，就arm芯片的A0接SDRAM的A0，16位就A1接A0，32位就A2接A0。

還有一個細節(jié)，即為什么SDRAM芯片的BA0 ~ BA1連接的是S3C2440芯片的LADDR24~LADDR25引腳？

因為，HY57V561620為32MB的SDRAM芯片，我們知道，32MB的存儲空間是需要 25 根地址線尋址的，由于BA0 ~ BA1引腳決定了訪問第幾個Bank，即決定了存儲空間的最高兩位，因此，需要使用S3C2440的25根地址線中的最高兩位來連接 BA0~BA1，這樣就可以滿足尋址的映射要求了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的SDRAM工作原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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