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[经验] 外设位宽为8、16、32时,CPU与外设之间地址线的连接方法

2017-9-27 15:34:15  4921 ARM MMU 嵌入式
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本帖最后由 weidongshan 于 2017-9-27 15:35 编辑

有不少人问到:flash连接CPU时,根据不同的数据宽度,比如16位的NOR FLASH A0A19),处理器的地址线要(A1A20)左移偏1位。为什么要偏1位?

(全文有点晦涩,不懂也没关系。可以先记住结论,不会影响后续学习。建议收藏本文对照着1MMU视频阅读)

从软件和CPU的角度而言,一个地址对应一个字节,就是8位数据。这是肯定的,不要怀疑这点。

对于具体器件而言,它的位宽是一定的,所谓位宽,指的是/写操作时,最小的数据单元”──别说最小单元是,一般设备上没有单独的位操作,修改位时通过把整个字节、字或双字读出来、修改,再回写。

CPU
的地址线(A0A20)对应的最小数据单元是字节,即8位;
而位宽为16NOR FLASH的地址线(A0A19)对应的最小数据单元是16位。
这两个怎么对应起来?

如果说外设的位宽是16,难道我们写程序时会特意16位进行操作吗?不用的,我们写程序时根本不用管外设位宽是816还是32

仔细想想,其实是可以想通的:既然CPU、外设NOR FLASH的最小读/写单元已经固定,那么肯定就是CPUNORFLASH之间有个中间层,它来做处理:
这个中间层被称为“Memory Controller”CPU要进行读写操作时,“Memory Controller”根据NOR FLASH的位宽,每次总是读/16位数据。
以读操作为例:
CPU
想进行8位操作时,它选择其中的8位返回给CPU
CPU
想进行16位操作时,它直接把这16位数据返回给CPU
CPU
想进行32位操作时,它发起2次读/写,把结果组合成32位返回给CPU

现在的连线是:CPU的(A1A20)接到 16位的NOR FLASHA0A19),即CPUA0不接──这说明:不管A00还是1NOR FLASH接收到的地址是一样的

CPU
发出地址0bxxxxxxxxx00bxxxxxxxxx1时,NOR FLASH看到的都是0bxxxxxxxxx,返回给“Memory Controller”的都是同一个16位数据。
再由“Memory Controller”选择其中的低8位或高8位给CPU

“Memory Controller”
会帮助我们做这些事情,举例为证:
1.
软件要读取地址0上的8位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000000
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第1最小数据单元
“MemoryController”读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据的低8位返回给CPU,这就是一个8位数据。

2.
软件要读取地址1上的8位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000001的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000000
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第1最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据的高8位返回给CPU,这就是一个8位数据。

3.
软件要读取地址2上的8位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000001
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第2最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据的低8位返回给CPU,这就是一个8位数据。

4.
软件要读取地址3上的8位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000011的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000001
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第2最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据的高8位返回给CPU,这就是一个8位数据。

5.
软件要读取地址01上的16位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000000
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第1最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据返回给CPU

6.
软件要读取地址23上的16位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000001
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第2最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把这个16位数据返回给CPU

7.
软件要读取地址0123上的32位数据时,硬件是这样进行的:
Memory Controller发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000000
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第1最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
   
Memory Controller发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASHA0A19线上的信号是:0b00000000000000000001
NOR FLASH在数据总线D0D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第2最小数据单元
Memory Controller读入这个16位数据
Memory Controller把两个16位的数据组合成一个32位的数据,返回给CPU
   
17可知:
对于软件而言,它不知道底下发生了什么事,它只管结果
读取地址08位数据,就得到了一个8位数据;读取地址18位数据,就得到另一个紧挨着的8位数据,读取地址0开始的16位数据,就得到了一个16位数据;读取地址2开始的16位数据,就得到另一个紧挨着的16位数据,读取地址0开始的32位数据,就得到了一个32位数据;读取地址4开始的32位数据,就得到另一个紧挨着的32位数据

对于NOR FLASH,它只按照A0A19地址线,提供16位数据,才不管软件要的是8位、16位,还是32位呢。
Memory Controller完成了这些位宽之间的数据选择、合并。


所以:
外设位宽是8时,CPUA0AXX与外设的A0AXX直接相连
外设位宽是16时,CPUA1AXX与外设的A0AYY直接相连,表示不管CPUA00还是1,外设看到的都是同一个地址,对应16位的数据,“Memory Controller”对数据进行选择或组合,再提供给CPU
外设位宽是32时,CPUA2AXX与外设的A0AZZ直接相连,表示不管CPUA0A1000110还是11,外设看到的都是同一个地址,对应32位的数据,“Memory Controller”对数据进行选择或组合,再提供给CPU

相关经验

王栋春 2017-9-28 12:55:39
非常不错的资料分享     
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lee_st 2017-10-13 00:31:09
韦老师的大作啊
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lee_st 2017-10-13 00:31:42
进来学习一下下了,
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lee_st 2017-10-13 00:32:19
受益良多的啊,
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bxd_linux 2017-10-23 16:46:13
谢谢韦老师,一直在学习他的课程,很好
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bxd_linux 2017-10-24 18:09:51
很好
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tyyhmtyyhm 2017-11-21 15:20:16
精华帖子控制的好严格
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