【认识 i.MX RT】RT1060 外挂 SDRAM

        前一篇博文介绍了RT1060 外挂 Nor Flash 的设计，接下来我们再来看看RT1060 的外挂 SDRAM 是如何使用的吧。

       
首先我们来看RT1062 内部集成的RAM。RT1062 内部集成了 1MB 的内存（On-chip RAM，OCRAM），其中 512KB 可以配置为紧耦合内存（Tightly Coupled Memory，TCM）。这些 RAM 空间对于一些应用就够用了，如果还是不够用，那么我们可以通过 SEMC 接口控制器外扩 RAM。

        SEMC 全名叫 Smart External Memory Controller，是一种能支持多个标准的、并行的存储控制器。支持的并行存储器种类包括：SDRAM、NOR Flash、SRAM、NAND Flash 等，还可兼容 8080 显示器接口。SEMC 最大工作频率可以达到 166MHz。可通过两种总线方式来访问外部存储器：AXI总线和 IP 总线。对于控制 SDRAM，SEMC 的数据总线支持 8-bit 或 16-bit 两种模式，有 4 根片选信号线，每片 SDRAM 的容量可以达到 512Mb。

        SEMC 的结构图如下所示：

        下面我们来看看 RT1062 与 SDRAM 的硬件连接。我手上有一块 RT1062 的板子，它的 SDRAM 采用的是 Winbond 的 W9825G6KH-6I。这颗 SDRAM 的存储容量是 32MB，16-bit 总线，最高工作频率为 166MHz。那么，RT1060 与 W9825G6KH-6I 硬件是如何连接的？我们来看看它们的管脚对应关系：

        RT1062 的原理图如下所示：

        W9825G6KH 的原理图如下所示：

        在 PCB Layout 时，需要注意合理布线，要做信号线的等长处理，长度差不大于 ±50mil。信号线的阻抗匹配在 50 Ω 左右。

        接下来，我们再来看看 RT1062 驱动外部 SDRAM 的软件部分是怎么实现的。我分别从时钟配置、管脚配置、功能初始化配置以及数据传输这几个部分来说明。

1. 时钟配置（详见 RT1060 参考手册的第 14 章 Clock Control Module(CCM) ）

        SEMC 的时钟配置主要是由 Clock Control Module（CCM） 来调配。我们可以从 CCM Clock Tree 找出 SEMC 的时钟来源，下图截取了 CCM Clock Tree 的 SEMC 部分（参考 RT1060 参考手册中的 Figure 14-2. Clock Tree）。

        从上图可以看出，SEMC 的时钟源可以选择 PLL2（系统 PLL，528MHz）的 PFD2 或者 PLL3（USB1 PLL，480MHz） 的 PFD1，也可以直接选择 PERIPH CLK。其中，PFD（Phase Fractional Dividers）是 System PLL 和 USB1 PLL 的输出时钟，PFD 频率的计算公式为：F_VCO * 18 / N，其中 N 的取值范围：12~35。所以从上图中我们可以配置出 SEMC 的工作频率。比如，要配置 166MHz 时，时钟源选取 PLL2 的 PFD2 ，则设置如下：

              ①  PFD2 的频率 = F_VCO * 18 / N = 528 * 18 / 29 = 327.7 MHz；

              ②  CCM_CBCDR 寄存器设置：SEMC_CLK_SEL(bit6) = 1，SEMC_ALT_CLK_SEL(bit7) = 0，SEMC_PODF(bit18-16) = 1；

              则 SEMC 频率 = F_PFD2 / (PODF+1) = 327.7 / 2 = 163.86 MHz。

2. 管脚配置（详见 RT1060 参考手册的第 11 章 IOMUX Controller）

        SEMC 的管脚配置要做两步：

              第一步是把相应的 IO 映射到 SEMC 的相应功能上，比如把 GPIO_EMC_00（管脚号: E3）映射到 SEMC_DATA00 上，则设置 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO_EMC_00（寄存器地址：0x401F8014）的 MUX_MODE(bit[2:0]) = 0。

              第二步是设置管脚的配置，比如设置上拉/下拉电阻、开漏、转换速度等等。具体请参考 RT1060 的参考手册。

3. 功能初始化配置（详见 RT1060 参考手册的第 25 章 Smart External Memory Controller (SEMC)）

        这里主要是对 SEMC 模块的初始化，包括时钟使能、电源使能、模块使能、SDRAM 参数配置等等。SDRAM 参数配置的数据要查看 SDRAM 的数据手册得出。具体的设置可参考 SDK -> driver_examples -> SEMC 例程里的 BOARD_InitSEMC() 函数。

status_t BOARD_InitSEMC(void)
{
    semc_config_t config;
    semc_sdram_config_t sdramconfig;
    uint32_t clockFrq = EXAMPLE_SEMC_CLK_FREQ;

    /* Initializes the MAC configure structure to zero. */
    memset(&config, 0, sizeof(semc_config_t));
    memset(&sdramconfig, 0, sizeof(semc_sdram_config_t));

    /* Initialize SEMC. */
    SEMC_GetDefaultConfig(&config);
    config.dqsMode = kSEMC_Loopbackdqspad; /* For more accurate timing. */
    SEMC_Init(SEMC, &config);

    /* Configure SDRAM. */
    sdramconfig.csxPinMux           = kSEMC_MUXCSX0;
    sdramconfig.address             = 0x80000000;
    sdramconfig.memsize_kbytes      = 32 * 1024; /* 32MB = 32*1024*1KBytes*/
    sdramconfig.portSize            = kSEMC_PortSize16Bit;
    sdramconfig.burstLen            = kSEMC_Sdram_BurstLen8;
    sdramconfig.columnAddrBitNum    = kSEMC_SdramColunm_9bit;
    sdramconfig.casLatency          = kSEMC_LatencyThree;
    sdramconfig.tPrecharge2Act_Ns   = 18; /* Trp 18ns */
    sdramconfig.tAct2ReadWrite_Ns   = 18; /* Trcd 18ns */
    sdramconfig.tRefreshRecovery_Ns = 67; /* Use the maximum of the (Trfc , Txsr). */
    sdramconfig.tWriteRecovery_Ns   = 12; /* 12ns */
    sdramconfig.tCkeOff_Ns =
        42; /* The minimum cycle of SDRAM CLK off state. CKE is off in self refresh at a minimum period tRAS.*/
    sdramconfig.tAct2Prechage_Ns       = 42; /* Tras 42ns */
    sdramconfig.tSelfRefRecovery_Ns    = 67;
    sdramconfig.tRefresh2Refresh_Ns    = 60;
    sdramconfig.tAct2Act_Ns            = 60;
    sdramconfig.tPrescalePeriod_Ns     = 160 * (1000000000 / clockFrq);
    sdramconfig.refreshPeriod_nsPerRow = 64 * 1000000 / 8192; /* 64ms/8192 */
    sdramconfig.refreshUrgThreshold    = sdramconfig.refreshPeriod_nsPerRow;
    sdramconfig.refreshBurstLen        = 1;
    return SEMC_ConfigureSDRAM(SEMC, kSEMC_SDRAM_CS0, &sdramconfig, clockFrq);
}

 

4. 数据传输

        RT1060 可以通过 AXI 总线和 IP 总线两种方式访问 SDRAM。

        AXI 总线主要用于读/写数据，软件上只需要先定义一个指针指向 SDRAM 的地址（SDRAM 的首地址是：0x8000 0000）。读取指针地址上的数据即通过 AXI 总线读 SDRAM 数据。

        IP 总线既可以用于读/写数据，也可以做其它控制操作。这时需要使用 IP 命令来操作，SDRAM 的 IP 命令包括：READ（0X8）、WRITE（0X9）、MODESET（0XA）、ACTIVE（0XB）、AUTO REFRESH（0XC）、SELF REFRESH（0XD）、PRECHARGE（0XE）、PRECHARGE ALL（0XF）。

        以上是我对 RT1060 外挂 SDRAM 设计方面的一些理解，希望对有这方面了解需求的你有些帮助。如果要获得更详尽的信息，可以参考 NXP 官网的 RT1060 参考手册和 W9825G6KH 的数据手册。如果您还有更多的疑问，欢迎在下面评论区评论。

        在后续的博文中，我会继续写一些关于 RT1060 的设计笔记，请多多来大大通关注我哦。

参考资料

1. i.MX RT1060 Processor Reference Manual - https://www.nxp.com.cn/products/processors-and-microcontrollers/arm-microcontrollers/i-mx-rt-crossover-mcus/i-mx-rt1060-crossover-mcu-with-arm-cortex-m7-core:i.MX-RT1060?tab=Documentation_Tab
2. W9825G6KH Datasheet