在M6442核心板上使用GPMC总线扩展

本文介绍了M6442核心板GPMC 总线的基本概念、功能特点、配置方法、使用注意事项以及应用案例。GPMC 是一种并行总线接口，可实现与多种外部设备的高速、灵活、可靠的数据通信。

 

 M6442核心板简介

 

M6442核心板 是我们基于 TI 公司 AM64x Sitara处理器开发的工控核心板，旨在满足工业4.0嵌入式产品的复杂处理需求。核心板默认搭配1GB DDR4内存和4GB eMMC存储，型号为M6442-1GF4GLI-T。核心板板载CPU集成了两个 1.0 GHz的ARM Cortex-A53 、四个 800 MHz的ARM Cortex-R5F ，以及一个400 MHz的ARM Cortex-M4F，能同时满足高级应用处理和实时控制的需求，提供更全面的功能和性能。M6442-EV-Board是我们基于M6442核心板开发的评估底板。M6442-EV-Board评估底板集成了大量的外设和接口资源，如图 1所示，其中有1个M.2接口用于评估5G模块、1个SIM卡座、3路千兆以太网接口、1路调试接口、1路CAN接口、1路RS232接口、1路RS485接口、1路GPMC接口、1路扩展IO接口（包含4路PWM、8路ADC、4路SPI、3路UART、3路I2C、8路GPIO）、1个TF卡座、1个JTAG座，可用于工业网关、运动控制、工厂自动化等应用场合。

图1 M6442-EV-Board接口示意图
 GPMC 的基本概念

 

GPMC (General-Purpose Memory Controller)是TI公司专用的通用外部存储器控制器接口，支持多达 8 个芯片选择信号，可连接多达 8 个不同的外部设备，例如大容量 NAND flash 或 NOR flash闪存设备、 FPGA 或 CPLD 专用集成电路设备等。

GPMC架构如图2所示：

图2 GPMC架构示意图

GPMC 的主要信号线包括：

GPMC_A[25:0]：地址线，用于传输地址信息或命令信息。

GPMC_AD[15:0]：数据线，用于传输数据信息。

GPMC_ADVN_ALE：地址有效信号，用于指示地址信息或命令信息的有效性。

GPMC_OEN_REN：输出使能/读使能信号，用于控制输出或读取操作。

GPMC_WEN：写使能信号，用于控制写入操作。

GPMC_CS[7:0]：芯片选择信号，用于选择不同的外部设备。

GPMC_CLK：时钟信号，用于同步访问操作。

GPMC_WAIT[3:0]：等待信号，用于指示外部设备的就绪状态。

 GPMC 的功能特点

1. 高速率

GPMC总线的速率取决于不同的配置和工作模式，但一般来说，它可以达到100MB/s以上的速率，实际应用中通过配置GPMC接口的时序参数和不同工作模式，速率可超过100MB/s。

2. 灵活的连接和配置方式

• 支持多种外部设备类型，如异步 SRAM、NOR flash、NAND flash、FPGA 等，可实现与不同的存储器或逻辑设备的通信。
• 支持多种访问模式，如同步、异步、突发等，可根据外部设备的性能和时序要求进行选择和配置。
• 支持多种时钟源，如系统时钟、外部时钟或自适应时钟，可根据外部设备的速度要求进行选择和配置。

3. 高可靠性

支持地址/数据复用模式，可减少引脚数目和布线复杂度，提高系统集成度和可靠性。
 

支持预取引擎，可实现高速数据传输和缓冲管理，提高系统性能和效率。

支持 ECC 引擎，可实现数据校验和纠错功能，提高系统可靠性和安全性。

 GPMC的配置方法

选择外部存储器设备。首先确定需连接的外部存储器设备的类型，例如 NOR Flash、NAND Flash 或 SRAM。

• 配置 GPMC 寄存器。需根据外部存储器的规格和需求来配置总线时序、片选信号、数据位宽、时钟频率等。
• 配置时序参数。外部存储器的访问需要精确的时序参数，包括数据保持时间、时钟周期等，这些参数需根据存储器厂商提供的规格书或数据手册进行配置。
• 配置中断和片选信号。配置中断信号以及外部存储器的片选信号，以便在存储器操作完成时通知处理器。
• 初始化和测试。配置完毕后，进行初始化并测试存储器的访问，确保存储器可以正确读写并且时序参数符合要求。

 

 GPMC 的使用注意事项

1. 根据外部存储器设备的类型和特性，选择合适的 GPMC 模式、时序和地址空间。

GPMC 模式主要有以下几种：

• 数据突发模式，一次寻址多次数据传输，适用于同步通信。
• 单一访问模式，一次寻址一次数据传输，适用于异步通信。

复用访问模式，地址线和数据线复用，适用于异步通信。

2. 配置好 GPMC 寄存器后，检查是否有冲突或错误，如地址重叠、时序不匹配等。地址重叠是指不同的片选信号对应的地址空间有重叠部分，导致访问冲突或混乱。3. 访问 GPMC 总线时，遵循外部存储器设备的协议和命令，如读写控制、状态检测等。例如，NAND flash设备通常需要发送命令和地址来读取或写入数据。4. 使用 GPMC 总线时，注意保护数据的完整性和安全性，如添加校验码、加密等。
 GPMC的应用案例ZMC600E EtherCAT主站控制器 是我们基于M6442核心板和FPGA开发的工控产品，其专门为实时处理和通信与应用处理的工业应用而构建。M6442核心板与FPGA之间的GPMC总线连接方式如图3所示。

图3 M6442核心板与FPGA通过GPMC连接的示意图