暑假白癜风防治 https://m.39.net/disease/a_6192223.html第二十三章DDR3实验
I.MX6U-ALPHA开发板上带有一个MB/MB的DDR3内存芯片，一般Cortex-A芯片自带的RAM很小，比如I.MX6U只有KB的OCRAM。如果要运行Linux的话完全不够用的，所以必须要外接一片RAM芯片，I.MX6U支持LPDDR2、LPDDR3/DDR3，I.MX6U-ALPHA开发板上选择的是DDR3，本章就来学习如何驱动I.MX6U-ALPHA开发板上的这片DDR3。
23.1DDR3内存简介
在正式学习DDR3内存之前，我们要先了解一下DDR内存的发展历史，通过对比SRAM、SDRAM、DDR、DDDR2和DDR3的区别，有助于我们更加深入的理解什么是DDR。在看DDR之前我们先来了解一个概念，那就是什么叫做RAM?
23.1.1何为RAM和ROM?
相信大家在购买手机、电脑等电子设备的时候，通常都会听到RAM、ROM、硬盘等概念，很多人都是一头雾水的。普通用户区分不清楚RAM、ROM到可以理解，但是作为一个嵌入式Linux开发者，要是不清楚什么是RAM、什么是ROM就绝对不行！RAM和ROM专业的解释如下：
RAM：随机存储器，可以随时进行读写操作，速度很快，掉电以后数据会丢失。比如内存条、SRAM、SDRAM、DDR等都是RAM。RAM一般用来保存程序数据、中间结果，比如我们在程序中定义了一个变量a，然后对这个a进行读写操作，示例代码如下：
示例代码23.1.1.1RAM中的变量
1inta;
2a=10;
a是一个变量，我们需要很方便的对这个变量进行读写操作，方法就是直接“a”进行读写操作，不需要在乎具体的读写过程。我们可以随意的对RAM中任何地址的数据进行读写操作，非常方便。
ROM：只读存储器，笔者认为目前“只读存储器”这个定义不准确。比如我们买手机，通常会告诉你这个手机是4+64或6+配置，说的就是RAM为4GB或6GB，ROM为64G或GB。但是这个ROM是Flash，比如EMMC或UFS存储器，因为历史原因，很多人还是将Flash叫做ROM。但是EMMC和UFS，甚至是NANDFlash，这些都是可以进行写操作的！只是写起来比较麻烦，要先发送要先进行擦除，然后在发送要写的地址或扇区，最后才是要写入的数据，学习过STM32，使用过WM25QXX系列的SPIFlash的同学应该深有体会。可以看出，相比于RAM，向ROM或者Flash写入数据要复杂很多，因此意味着速度就会变慢(相比RAM)，但是ROM和Flash可以将容量做的很大，而且掉电以后数据不会丢失，适合用来存储资料，比如音乐、图片、视频等信息。
综上所述，RAM速度快，可以直接和CPU进行通信，但是掉电以后数据会丢失，容量不容易做大(和同价格的Flash相比)。ROM(目前来说，更适合叫做Flash)速度虽然慢，但是容量大、适合存储数据。对于正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板而言，MB/MB的DDR3就是RAM，而MBNANFFlash或8GBEMMC就是ROM。
23.1.2SRAM简介
为什么要讲SRAM呢？因为大多数的朋友最先接触RAM芯片都是从SRAM开始的，因为大量的STM32单片机开发板都使用到了SRAM，比如F、F等，基本都会外扩一个KB或1MB的SRAM的，因为STM32F/F内部RAM比较小，在一些比较耗费内存的应用中会出现内存捉紧的情况，比如emWin做UI界面。我们简单回顾一下SRAM，如果想要详细的了解SRAM请阅读正点原子STM32F战舰开发板的开发指南。
SRAM的全称叫做StaticRandom-AccessMemory，也就是静态随机存储器，这里的“静态”说的就是只要SRAM上电，那么SRAM里面的数据就会一直保存着，直到SRAM掉电。对于RAM而言需要可以随机的读取任意一个地址空间内的数据，因此采用了地址线和数据线分离的方式，这里就以STM32F/F开发板常用的IS62WV16这颗SRAM芯片为例简单的讲解一下SRAM，这是一颗16位宽(数据位为16位)、1MB大小的SRAM，芯片框图如图23.1.2.1所示：
图23.1.2.1IS62WV16框图
图23.1.2.1主要分为三部分，我们依次来看一下这三部分：
①、地址线
这部分是地址线，一共A0~A18，也就是19根地址线，因此可访问的地址大小就是2^19==KB。不是说IS62WV16是个1MB的SRAM吗？为什么地址空间只有KB？前面我们说了IS62WV16是16位宽的，也就是一次访问2个字节，因此需要对KB进行乘2处理，得到KB*2=1MB。位宽的话一般有8位/16位/32位，根据实际需求选择即可，一般都是根据处理器的SRAM控制器位宽来选择SRAM位宽。
②、数据线
这部分是SRAM的数据线，根据SRAM位宽的不同，数据线的数量要不同，8位宽就有8根数据线，16位宽就有16根数据线，32位宽就有32根数据线。IS62WV16是一个16位宽的SRAM，因此就有16根数据线，一次访问可以访问16bit的数据，也就是2个字节。因此就有高字节和低字节数据之分，其中IO0~IO7是低字节数据，IO8~IO15是高字节数据。
③、控制线
SRAM要工作还需要一堆的控制线，CS2和CS1是片选信号，低电平有效，在一个系统中可能会有多片SRAM(目的是为了扩展SRAM大小或位宽)，这个时候就需要CS信号来选择当前使用哪片SRAM。另外，有的SRAM内部其实是由两片SRAM拼接起来的，因此就会提供两个片选信号。
OE是输出使能信号，低电平有效，也就是主控从SRAM读取数据。
WE是写使能信号，低电平有效，也就是主控向SRAM写数据。
UB和LB信号，前面我们已经说了，IS62WV16是个16位宽的SRAM，分为高字节和低字节，那么如何来控制读取高字节数据还是低字节数据呢？这个就是UB和LB这两个控制线的作用，这两根控制线都是低电平有效。UB为低电平的话表示访问高字节，LB为低电平的话表示访问低字节。关于IS62WV16的简单原理就讲解到这里。
那么SRAM有什么缺点没有？那必须有的啊，要不然就不可能有本章教程了，SRAM最大的缺点就是成本高！价格高，大家可以在淘宝上搜索一下IS62WV16这个仅仅只有1MB大小的SRAM售价为多少，大概为5,6块钱。大家在搜索一下32MB的SDRAM多钱，以华邦的WG6KH为例，大概4,5块钱，可以看出SDRAM比SRAM容量大，但是价格更低。SRAM突出的特点就是无需刷新(SDRAM需要刷新，后面会讲解)，读写速度快！所以SRAM通常作为SOC的内部RAM使用或Cache使用，比如STM32内存的RAM或I.MX6U内部的OCRAM都是SRAM。
23.1.3SDRAM简介
前面给大家简单讲解了SRAM，可以看出SRAM最大的缺点就是价格高、容量小！但是应用对于内存的需求越来越高，必须提供大内存解决方案。为此半导体厂商想了很多办法，提出了很多解决方法，最终SDRAM营运而生，得到推广。SDRAM全称是SynchronousDynamicRandomAccessMemory，翻译过来就是同步动态随机存储器，“同步”的意思是SDRAM工作需要时钟线，“动态”的意思是SDRAM中的数据需要不断的刷新来保证数据不会丢失，“随机”的意思就是可以读写任意地址的数据。
与SRAM相比，SDRAM集成度高、功耗低、成本低、适合做大容量存储，但是需要定时刷新来保证数据不会丢失。因此SDRAM适合用来做内存条，SRAM适合做高速缓存或MCU内部的RAM。SDRAM目前已经发展到了第四代，分别为：SDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM、DDR3SDRAM、DDR4SDRAM。STM32F/F/H等芯片支持SDRAM，学过STM32F/F/H的朋友应该知道SDRAM，这里我们就以STM32开发板最常用的华邦WG6KH为例，WG6KH是一款16位宽(数据位为16位)、32MB的SDRAM、速度一般为MHz、MHz或MHz。WG6KH框图如图23.1.3.1所示：
图23.1.3.1WG6KH框图
①、控制线
SDRAM也需要很多控制线，我们依次来看一下：
CLK：时钟线，SDRAM是同步动态随机存储器，“同步”的意思就是时钟，因此需要一根额外的时钟线，这是和SRAM最大的不同，SRAM没有时钟线。
CKE：时钟使能信号线，SRAM没有CKE信号。
CS：片选信号，这个和SRAM一样，都有片选信号。
RAS：行选通信号，低电平有效，SDRAM和SRAM的寻址方式不同，SDRAM按照行、列来确定某个具体的存储区域。因此就有行地址和列地址之分，行地址和列地址共同复用同一组地址线，要访问某一个地址区域，必须要发送行地址和列地址，指定要访问哪一行？哪一列？RAS是行选通信号，表示要发送行地址，行地址和列地址访问方式如图23.1.3.2所示：
图23.1.3.2SDRAM行列寻址方式
CAS：列选通信号，和RAS类似，低电平有效，选中以后就可以发送列地址了。
WE：写使能信号，低电平有效。
②、A10地址线
A10是地址线，那么这里为什么要单独将A10地址线给提出来呢？因为A10地址线还有另外一个作用，A10还控制着Auto-precharge，也就是预充电。这里又提到了预充电的概念，SDRAM芯片内部会分为多个BANK，关于BANK我们稍后会讲解。SDRAM在读写完成以后，如果要对同一个BANK中的另一行进行寻址操作就必须将原来有效的行关闭，然后发送新的行/列地址，关闭现在工作的行，准备打开新行的操作就叫做预充电。一般SDSRAM都支持自动预充电的功能。
③、地址线
对于WG6KH来说一共有A0~A12，共13根地址线，但是我们前面说了SDRAM寻址是按照行地址和列地址来访问的，因此这A0~A12包含了行地址和列地址。不同的SDRAM芯片，根据其位宽、容量等的不同，行列地址数是不同的，这个在SDRAM的数据手册里面会也清楚的。比如WG6KH的A0~A8是列地址，一共9位列地址，A0~A12是行地址，一共13位，因此可寻址范围为：2^9*2^13=B=4MB，WG6KH为16位宽(2个字节)，因此还需要对4MB进行乘2处理，得到4*2=8MB，但是WG6KH是一个32MB的SDRAM啊，为什么算出来只有8MB，仅仅为实际容量的1/4。不要急，这个就是我们接下来要讲的BANK，8MB只是一个BANK的容量，WG6KH一共有4个BANK。
④、BANK选择线
BS0和BS1是BANK选择信号线，在一片SDRAM中因为技术、成本等原因，不可能做一个全容量的BANK。而且，因为SDRAM的工作原理，单一的BANK会带来严重的寻址冲突，减低内存访问效率。为此，人们在一片SDRAM中分割出多块BANK，一般都是2的次方，比如2，4，8等。图23.1.1.2中的⑤就是WG6KH就是4个BANK示意图，每个SDRAM数据手册里面都会写清楚自己是几BANK。前面我们已经计算出来了一个BANK的大小为8MB，那么四个BANK的总容量就是8MB*4=32MB。
既然有4个BANK，那么在访问的时候就需要告诉SDRAM，我们现在需要访问哪个BANK，BS0和BS1就是为此而生的，4个BANK刚好2根线，如果是8个BANK的话就需要三根线，也就是BS0~BS2。BS0、BS1这两个线也是SRAM所没有的。
⑤、BANK区域
关于BANK的概念前面已经讲过了，这部分就是WG6KH的4个BANK区域。这个概念也是SRAM所没有的。
⑥、数据线
WG6KH是16位宽的SDRAM，因此有16根数据线，DQ0~DQ15，不同的位宽其数据线数量不同，这个和SRAM是一样的。
⑦、高低字节选择
WG6KH是一个16位的SDRAM，因此就分为低字节数据和高字节数据，LDQM和UDQM就是低字节和高字节选择信号，这个也和SRAM一样。
23.1.4DDR简介
终于到了DDR内存了，DDR内存是SDRAM的升级版本，SDRAM分为SDRSDRAM、DDRSDRAM、DDR2SDRAM、DDR3SDRAM、DDR4SDRAM。可以看出DDR本质上还是SDRAM，只是随着技术的不断发展，DDR也在不断的更新换代。先来看一下DDR，也就是DDR1，人们对于速度的追求是永无止境的，当发现SDRAM的速度不够快的时候人们就在思考如何提高SDRAM的速度，DDRSDRAM由此诞生。
DDR全称是DoubleDataRateSDRAM，也就是双倍速率SDRAM，看名字就知道DDR的速率(数据传输速率)比SDRAM高一倍！这1倍的速度不是简简单单的将CLK提高1倍，SDRAM在一个CLK周期传输一次数据，DDR在一个CLK周期传输两次数据，也就是在上升沿和下降沿各传输一次数据，这个概念叫做预取(prefetch)，相当于DDR的预取为2bit，因此DDR的速度直接加倍！比如SDRAM速度一般是~MHz，对应的传输速度就是~MT/s，在描述DDR速度的时候一般都使用MT/s，也就是每秒多少兆次数据传输。MT/S就是每秒M次数据传输，MT/s描述的是单位时间内传输速率。同样~MHz的频率，DDR的传输速度就变为了~MT/S，所以大家常说的DDR、DDR就是这么来的。
DDR2的IO时钟是DDR的2倍，因此DDR内核时钟依旧是~MHz的时候，总线速度就是~MHz。而且DDR2在DDR基础上进一步增加预取(prefetch)，增加到了4bit，相当于比DDR多读取一倍的数据，因此DDR2的数据传输速率就是~MT/s，这个也就是大家常说的DDR2、DDR2。当然了，DDR2还有其他速度，这里只是说最常见的几种。
DDR3在DDR2的基础上将预取(prefetch)提高到8bit，因此又获得了比DDR2高一倍的传输速率，因此在总线时钟同样为~MHz的情况下，DDR3的传输速率就是~MT/S。
I.MX6U的MMDC外设用于连接DDR，支持LPDDR2、DDR3、DDR3L，最高支持16位数据位宽。总线速度为MHz(实际是MHz)，数据传输速率最大为MT/S。这里我们讲一下LPDDR3、DDR3和DDR3L的区别，这三个都是DDR3，但是区别主要在于工作电压，LPDDR3叫做低功耗DDR3，工作电压为1.2V。DDR3叫做标压DDR3，工作电压为1.5V，一般台式内存条都是DDR3。DDR3L是低压DDR3，工作电压为1.35V，一般手机、嵌入式、笔记本等都使用DDR3L。
正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板上接了一个MB/MB的DDR3L，16位宽，型号为NT5CCM16JR/MT5CCM16EP，nanya公司出品的，分为对应MB和MB容量。EMMC核心板上用的MB容量的DDR3L，NAND核心板上用的MB容量的DDR3L。本讲解我们就以EMMC核心板上使用的NT5CCM16EP-EK为例讲解一下DDR3。可以到nanya
