小猫爪：i.MX RT1050学习笔记8-SEMC
1 前言
在介绍RT1050启动的时候说到RT支持各种外部存储器启动，其中一个外部存储器接口就是SEMC（Smart External Memory Controller），其可以支持SDRAM，SRAM，NOR Flash， NAND Flash，还可以支持8080显示器，接下来就对其简单介绍一下。
2 SEMC
RT10529 使用SEMC 外设来管理扩展的存储器，SEMC 是Smart External Memory Controller 的缩写，译为智能的外部存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、SDRAM、NorFlash、NAND Flash 等类型的存储器以及使用8080 接口协议（DBI 接口）的显示器和设备。本章节中我们只讲述SEMC控制SDRAM的功能。SEMC 支持使用8、16 位的方式访问SDRAM，最多支持控制4 个SDRAM存储器，每个SDRAM存储器最大容量为512Mb（64MByte），支持使用ARM内核的AXI 接口控制SDRAM。
下面介绍一下SEMC的基本特征。
①支持8个存储区域，每个存储区域大小可达512Mbit
②支持AXI接口和IP总线接口
③SDRAM：支持8/16位模式，支持4片选信号
④NAND：支持8/16位模式，不支持 HW ECC，对于AXI写操作支持32位传输
⑤NOR：支持16位模式，支持异步模式，仅支持IP操作，支持ADMUX和AADM
⑥SRAM：支持16位模式，支持异步模式，支持ADMUX和AADM
以上的一些特征只是我挑了一部分说了一下，对于其具体的特征大家可以自行参考官方文档参考指南。
(注：在这里的ADMUX和AADM分别为Address/Data Multiple模式以及Advanced Address/Data Multiple模式，其中Address/Data Multiple模式简单的来说就是数据线可以当地址线使用，其中ADMUX模式最大支持16位数据选址，而AADM则最大支持24位选址。）
2.1 SEMC的结构
SEMC的模块框架图如下图所示：
从图中，我们可以清楚地看到SEMC的五个部分，分别是AXI接口控制器，IP总线接口控制器，AXI/IP仲裁器，存储器控制器和IO控制器。从图中就可以清楚地看出我们可以通过AXI和IP两种接口去访问存储器接口器，然后通过IO接口对外部存储器进行读写操作。
2.2 AXI和IP
SMEC支持使用IP 命令和AXI 命令控制外部存储器。
2.2.1 AXI
AXI 是Advanced eXtensible Interface 的缩写，这是ARM 公司提出的AMBA 协议的一部分，是一种高性能、高带宽、低延迟的片内总线。
在RT1052 中，地址0x8000 0000~0xDFFF FFFF 的1.5GB 空间是分配给SEMC 的外部存储器的映射区域，使用SEMC 控制的SDRAM、NOR、 PSRAM、NAND 以及 8080 接口的设备共用该空间，在初始化存储设备参数的时候可在该区域指定具体映射的基地址。例如指定SDRAM使用0x8000 0000 作为基地址，NAND Flash 使用0000 作为基地址。当访问这些映射的地址时，会触发AXI 命令，从而使SEMC外设产生控制时序从对应的外部存储器中访问数据。
2.2.1 IP
使用IP 命令访问实际上就是通过向相应的寄存器写入配置，从而使SEMC 产生访问时序的方式。相关的寄存器有IP 命令控制寄存器IPCR0/1/2、IP 命令寄存器IPCMD 以及收发数据寄存器IPRXDAT/IPTXDAT。控制的流程如下：
(1) 通过IPCR0/1/2 以及IPTXDAT 寄存器设置好要访问的设备地址、传输的数据大小、写屏蔽（即类似UDQM、LDQM的配置）以及要传输的数据；
(2) 通过IPCMD 寄存器设置好要发送的访问指令，例如控制SDRAM时的预充电（PRECHARGE）、行有效（ACTIVE）、读写等指令（READ/WRITE）等；
(3) 等待IP命令执行完成；
(4) 若是读访问，可通过IPRXDAT 寄存器得到存储器返回的数据。使用IP 命令控制SEMC 时，可以通过NXP 提供的库函数SEMC_SendIPCommand 来实现。
2.3 IO接口定义
下表列出SEMC复用引脚相关信息。
| 引脚名称 | SDRAM | NAND | NOR (ADMUX16bit) |
SRAM (ADMUX16bit) |
DBI |
|---|---|---|---|---|---|
| SEMC_DATA00 | D0 | D0 | D0/A0 | D0/A0 | D0 |
| SEMC_DATA01 | D1 | D1 | D1/A1 | D1/A1 | D1 |
| SEMC_DATA02 | D2 | D2 | D2/A2 | D2/A2 | D2 |
| SEMC_DATA03 | D3 | D3 | D3/A3 | D3/A3 | D3 |
| SEMC_DATA04 | D4 | D4 | D4/A4 | D4/A4 | D4 |
| SEMC_DATA05 | D5 | D5 | D5/A5 | D5/A5 | D5 |
| SEMC_DATA06 | D6 | D6 | D6/A6 | D6/A6 | D6 |
| SEMC_DATA07 | D7 | D7 | D7/A7 | D7/A7 | D7 |
| SEMC_DATA08 | D8 | D8 | D8/A8 | D8/A8 | D8 |
| SEMC_DATA09 | D9 | D9 | D9/A9 | D9/A9 | D9 |
| SEMC_DATA10 | D10 | D10 | D10/A10 | D10/A10 | D10 |
| SEMC_DATA11 | D11 | D11 | D11/A11 | D11/A11 | D11 |
| SEMC_DATA12 | D12 | D12 | D12/A12 | D12/A12 | D12 |
| SEMC_DATA13 | D13 | D13 | D13/A13 | D13/A13 | D13 |
| SEMC_DATA14 | D14 | D14 | D14/A14 | D14/A14 | D14 |
| SEMC_DATA15 | D15 | D15 | D15/A15 | D15/A15 | D15 |
| SEMC_DM1 | DQM1 | - | - | UB# | - |
| SEMC_DM0 | DQM0 | - | - | LB# | - |
| SEMC_ADDR00 | A0 | - | A16 | A16 | - |
| SEMC_ADDR01 | A1 | - | A17 | A17 | - |
| SEMC_ADDR02 | A2 | - | A18 | A18 | - |
| SEMC_ADDR03 | A3 | - | A19 | A19 | - |
| SEMC_ADDR04 | A4 | - | A20 | A20 | - |
| SEMC_ADDR05 | A5 | - | A21 | A21 | - |
| SEMC_ADDR06 | A6 | - | A22 | A22 | - |
| SEMC_ADDR07 | A7 | - | A23 | A23 | - |
| SEMC_ADDR08 | A8 | CE# | CE#/A24 | CE#/A24 | |
| SEMC_ADDR09 | A9 | CLE | - | CRE | - |
| SEMC_ADDR10 | A10 | - | - | - | - |
| SEMC_ADDR11 | A11 | WE# | WE# | WE# | |
| SEMC_ADDR12 | A12 | RE# | OE# | OE# | |
| SEMC_BA0 | BA0 | - | - | - | - |
| SEMC_BA1 | BA1 | ALE | ADV# | ADV# | DCX |
| SEMC_CAS | CAS# | - | - | - | - |
| SEMC_RAS | RAS# | - | - | - | - |
| SEMC_WE | WE# | - | - | - | - |
| SEMC_CKE | CKE | - | - | - | - |
| SEMC_CLK | CLK | - | - | - | - |
| SEMC_CS0 | CS0 | - | - | - | - |
| SEMC_CSX0 | CS | CE# | CE# | CE# | CSX |
| SEMC_CSX1 | CS | CE# | CE# | CE# | CSX |
| SEMC_CSX2 | CS | CE# | CE# | CE# | CSX |
| SEMC_CSX3 | CS | CE# | CE# | CE# | CSX |
| SEMC_RDY | CS | R/B# | CE# | CE# | CSX |
| SEMC_DQS | DQS | - | DQS | DQS | - |
我们从这张表中不难看出只有NOR和SRAM支持ADMUX（Address/Data MUX Mode）。
3 SEMC应用实例
我们在使用SEMC时，一般应用上会使用SDRAM和NAND比较多，使用SDRAM来扩展RAM，使用NAND作为启动设备和存储设备，至于NOR则是更多的使用串行NOR，并行NOR现在也不怎么多见了，外置SRAM则成本太高，用的概率则也不会太多。下面我们举SDRAM和NAND的例子来说明一下SEMC的具体使用方法。
3.1 SEMC-SDRAM
一般用户会采用外加SDRAM来增加RAM大小。根据引脚定义描述表进行硬件连接，一般都不会出什么问题。
（注意DQS：在这里需要注意的一点就是DQS这个信号，在使用SDRAM时，需要将RT1052 的这个SEMC_DQS 引脚悬空，然后在软件配置方面必须开启该引脚的SION 功能。SEMC 的模块控制寄存器MCR[DQSMD]位置1，即配置为使用DQS 引脚的读选通信号。寄存器位MCR[DQSMD]，它用于选择DQS 的读选通模式，可选值分别为使用内部回环的读选通信号（kSEMC_Loopbackinternal）和从DQS 引脚得到的读选通信号（kSEMC_Loopbackdqspad），DQS 信号用于接收方更准确地接收数据，应用时需要把它设置成kSEMC_Loopbackdqspad 才能以高频率的时钟访问SDRAM。）
NXP官方的SDK提供了非常方便的初始化函数，分别是初始化SEMC控制器的SEMC_Init和初始化SDRAM控制器的SEMC_ConfigureSDRAM。具体的应用细节大家可以参考NXP的SDK包中SEMC的实例程序。
（注意：在一些应用中常常希望能够把SDRAM用作C程序的堆、栈又或者是具有初始值的全局变量，甚至是希望在调试阶段直接把代码下载到SDRAM中运行，在这些情况下我们必须把SDRAM的初始化过程确保初始化C语言运行环境时或下载代码到SDRAM时存储器已经能正常访问。在这里我们可以通过两种方法去实现，第一种则是针对debug时，使用脚本文件来进行初始化；第二种则是针对从外部存储器启动的情况下，通过配置iamge文件中DCD数据进行初始化，具体操作我会在后面的文章中作详细的介绍。）
3.1 SEMC-NAND
NXP官方的SDK提供了非常方便的初始化函数，分别是初始化SEMC控制器的SEMC_Init和初始化SDRAM控制器的Nand_Flash_Init。而且还提供了相关的读写命令函数，都在SDK包里的fsl_semc_nand_flash.c文件里，大家可以自行去参考，在这里则不再多说了。
（注意：同SARAM一样，如果使用NAND作为启动设备时，则需要进行提前初始化，但是这里得注意一点的就是NAND不支持XIP，所以其也不支持debug。）
END