一、MMDC簡(jiǎn)介

MMDC 接口與 STM32 的 FSMC 接口類似，只不過 MMDC 接口專用于外接 DDR，并且 MMDC 外部引腳不復(fù)用。MMDC 是一個(gè)多模的 DDR 控制器，可以連接 16 位寬的 DDR3/DDR3L、16 位寬的 LPDDR2。

MMDC 是一個(gè)可配置、高性能的 DDR 控制器。MMDC 外設(shè)包含一個(gè)內(nèi)核（MMDC_CORE）和 PHY（MMDC_PHY），內(nèi)核和 PHY 的功能如下：

• MMDC_CORE
  負(fù)責(zé)通過 AXI 接口與系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn) DDR 命令生成、DDR 命令優(yōu)化和讀寫數(shù)據(jù)路徑?？刂普麄€(gè) MMDC 的功能實(shí)現(xiàn)。
• MMDC_PHY
  負(fù)責(zé)時(shí)序調(diào)整和校準(zhǔn)，使用特殊的校準(zhǔn)機(jī)制以確保數(shù)據(jù)被正常收發(fā)， 最高支持 400MHz。

1.1 MMDC信號(hào)引腳

在使用 STM32 的時(shí)候 FMC/FSMC 的 IO 引腳是帶有復(fù)用功能的，如果不接 SRAM 或 SDRAM 的話 FMC/FSMC 是可以用作其他外設(shè) IO 的。但是，對(duì)于 DDR 接口就不一樣了，因?yàn)?DDR 對(duì)于硬件要求非常嚴(yán)格，因此 DDR 的引腳都是獨(dú)立的，一般沒有復(fù)用功能，只做為 DDR 引腳使用。I.MX6U 也有專用的 DDR 引腳如下：

1.2 MMDC時(shí)鐘源

默認(rèn)情況下 PLL2 的 PFD2 時(shí)鐘輸出作為 MMDC 的根時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率為 400MHz(實(shí)際396MHz)。時(shí)鐘產(chǎn)生路徑如下圖所示：

PLL2 的 PFD2 經(jīng)過兩個(gè)時(shí)鐘選擇寄存器（標(biāo)號(hào)①和②）和一個(gè)時(shí)鐘分頻寄存器（標(biāo)號(hào)③）之后連接到 MMDC_CLK_ROOT。具體寄存器在時(shí)鐘樹中已經(jīng)標(biāo)出。特別注意的是，在程序中不能任意修改時(shí)鐘選擇寄存器以及時(shí)鐘分頻寄存器，因?yàn)槌绦蛘＿\(yùn)行會(huì)使用 DDR，而不正確的修改 DDR 根時(shí)鐘會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。

二、DDR簡(jiǎn)介

DDR 內(nèi)存是 SDRAM 的升級(jí)版本，SDRAM 分為 SDR SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM。

DDR 全稱是 Double Data Rate SDRAM，也就是雙倍速率 SDRAM，看名字就知道 DDR 的速率(數(shù)據(jù)傳輸速率)比 SDRAM 高 1 倍！這 1 倍的速度不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的將 CLK 提高 1 倍，SDRAM 在一個(gè) CLK 周期傳輸一次數(shù)據(jù)，DDR 在一個(gè) CLK 周期傳輸兩次數(shù)據(jù)，也就是在上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，這個(gè)概念叫做預(yù)取(prefetch)，相當(dāng)于 DDR 的預(yù)取為 2bit，因此 DDR 的速度直接加倍！比如 SDRAM 速度一般是 133~200MHz，對(duì)應(yīng)的傳輸速度就是 133~200MT/s，在描述 DDR 速度的時(shí)候一般都使用 MT/s，也就是每秒多少兆次數(shù)據(jù)傳輸。133MT/S 就是每秒 133M 次數(shù)據(jù)傳輸，MT/s 描述的是單位時(shí)間內(nèi)傳輸速率。同樣 133~200MHz 的頻率，DDR 的傳輸速度就變?yōu)榱?266~400MT/S，所以大家常說的 DDR266、DDR400 就是這么來的。

DDR2 在 DDR 基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加預(yù)取(prefetch)，增加到了 4bit，相當(dāng)于比 DDR 多讀取一倍的數(shù)據(jù)，因此 DDR2 的數(shù)據(jù)傳輸速率就是 533~800MT/s，這個(gè)也就是大家常說的 DDR2 533、DDR2 800。當(dāng)然了，DDR2 還有其他速度，這里只是說最常見的幾種。

DDR3 在 DDR2 的基礎(chǔ)上將預(yù)取(prefetch)提高到 8bit，因此又獲得了比 DDR2 高一倍的傳輸速率，因此在總線時(shí)鐘同樣為 266~400MHz 的情況下，DDR3 的傳輸速率就是 1066~1600MT/S。I.MX6U 的 MMDC 外設(shè)用于連接 DDR，支持 LPDDR2、DDR3、DDR3L，最高支持 16 位數(shù)據(jù)位寬?？偩€速度為 400MHz(實(shí)際是 396MHz)，數(shù)據(jù)傳輸速率最大為 800MT/S。這里我們講一下 LPDDR3、DDR3 和 DDR3L 的區(qū)別，這三個(gè)都是 DDR3，但是區(qū)別主要在于工作電壓，LPDDR3 叫做低功耗 DDR3，工作電壓為 1.2V。DDR3 叫做標(biāo)壓 DDR3，工作電壓為 1.5V，一般臺(tái)式內(nèi)存條都是 DDR3。DDR3L 是低壓 DDR3，工作電壓為 1.35V，一般手機(jī)、嵌入式、筆記本等都使用 DDR3L。

三、引腳確定

我使用的是 野火_EBF6ULL S1 Pro 開發(fā)板，DDR型號(hào)是 MT41K256M16TW-107，容量 256M*16 共 512M 字節(jié)，數(shù)據(jù)寬度 16 位。

四、DDR3測(cè)試

4.1 下載DDR測(cè)試軟件和配置文件

NXP 提供了一個(gè)非常好用的 DDR 測(cè)試軟件，叫做 ddr_stress_tester。
官網(wǎng)下載：https://community.nxp.com/docs/DOC-102005
百度網(wǎng)盤：

打開下載地址，如下圖所示。

我們需要下載測(cè)試軟件和測(cè)試需要使用的配置文件。如下圖所示。

點(diǎn)擊標(biāo)號(hào)①，在附件中找到 配置文件，點(diǎn)擊附件下載即可。如下圖所示。

點(diǎn)擊標(biāo)號(hào)②，在附件中找到 下載工具，下載即可，如下圖所示。

下載完成并解壓如下圖所示：

4.2 配置文件說明

打開 I.MX6UL_DDR3_Script_Aid_V0.02.xlsx 文件，如下圖所示。

配置文件包括三部分內(nèi)容：

• 配置文件的說明
  幫助信息，告訴用戶此文件如何使用。

• 配置選項(xiàng)
  通過此表可以設(shè)置板子的 DDR 信息，最后生成一個(gè) .inc 結(jié)尾的 DDR 初始化腳本文件。

• 根據(jù)配置選項(xiàng)自動(dòng)生成的.inc格式的配置文件
  這個(gè) .inc 文件就包含了 DDR 的初始化信息，一般都是寄存器地址和對(duì)應(yīng)的寄存器值。DDR測(cè)試軟件會(huì)用到這個(gè)文件。

4.2.1 配置選項(xiàng)

第二個(gè)文件是我們要修改的配置選項(xiàng)，如下圖所示。

上圖中黃色和藍(lán)色選項(xiàng)框需要根據(jù)硬件平臺(tái)選擇即可，這里默認(rèn)是 NXP 官方評(píng)估板的配置參數(shù)。 如果使用的是 野火_EBF6ULL S1 Pro 開發(fā)板這些配置參數(shù)不用修改，保持默認(rèn)即可。

具體的配置界面，主要分為三部分：

① 驅(qū)動(dòng)信息（Device Information）
這部分內(nèi)容配置DDR芯片相關(guān)信息。各配置項(xiàng)介紹如下：

• Manufacturer： DDR芯片廠商，默認(rèn)為鎂光(Micron)，這個(gè)沒有意義，如果不改，配置文件也是可以使用的。
• Memory part number： DDR芯片型號(hào)，可以不用設(shè)置，沒有實(shí)際意義。
• Memory type： DDR類型，有DDR3-800、DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600。這里只能通過下拉框選擇，根據(jù)你使用的DDR芯片選擇即可，我們選擇DDR3-1600。
• DRAM density (Gb)： 芯片容量，單位是Gb，我們的DDR容量是512M字節(jié) * 8 = 4Gb。容量根據(jù)實(shí)際容量選擇即可。
• DRAM Bus Width： 數(shù)據(jù)寬度，16位。
• Number of Banks： DDR banks數(shù)量，通常情況下DDR3L都是8個(gè)bank。如有特殊情況根據(jù)實(shí)際數(shù)量選擇即可。
• Number of ROW Addresses： 行地址線數(shù)量，可選11~16條。這個(gè)要具體所使用的DDR3芯片來定，這里使用15條。
• Number of COLUMN Addresses： 列地址線數(shù)量，可選9~12條。這個(gè)要具體所使用的DDR3芯片來定，這里使用10條。
• Page Size (K)： DDR芯片頁大小，我們使用的DDR頁大小是2K，其他芯片根據(jù)芯片手冊(cè)說明選擇即可。
• Self-Refresh Temperature (SRT)： 自刷新，這個(gè)選項(xiàng)框是對(duì)于 i.MX6UL 來說是不可修改的。
• tRCD=tRP=CL (ns)、tRC Min (ns)、tRAS Min (ns)： DDR相關(guān)延時(shí)相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)從DDR芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)中獲得。

② 系統(tǒng)信息（System Information）
系統(tǒng)信息大多是固定的，通常情況下不需要修改，具體介紹如下：

• i.Mx Part： 芯片類型，固定為i.MX6UL。
• Bus Width： 數(shù)據(jù)總線寬度，16位。
• Density per chip select (Gb)： 每片DDR芯片的容量，單位Gb，我們的DDR容量是512M字節(jié)*8 = 4Gb，根實(shí)際使用的DDR芯片選擇即可。
• Number of Chip Selects used： 使用了多少片DDR芯片，我們使用了1片，根據(jù)實(shí)際使用數(shù)量選擇。
• Total DRAM Density (Gb)： 總共的DDR容量，我們使用了1片512M字節(jié)的DDR3L，所以這里選擇4。
• DRAM Clock Freq (MHz)： DDR工作頻率，默認(rèn)400MHz。
• DRAM Clock Cycle Time (ns)： 一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間長(zhǎng)度，根據(jù)DDR工作頻率計(jì)算即可，1/400M =2.5ns。
• Address Mirror (for CS1)： 地址鏡像，僅CS1有效。選擇Disable。

③ 硬件SI參數(shù)（SI Configuratin）
這里設(shè)置的是硬件阻抗，保持默認(rèn)即可。

4.2.2 保存配置信息

修改完成后，配置信息自動(dòng)更新到 RealView.inc 文件，如下圖所示：

RealView.inc 不能直接用，我們需要新建一個(gè)以 .inc 結(jié)尾的文件，名字自定義，但最好不要用中文。

使用 VS code 打開 RealVies.inc 文件（也可使用其他工具打開）。復(fù)制原配置文件中的全部?jī)?nèi)容到新建的 ALIENTEK_512MB.inc 文件，保存即可。后面 DDR 測(cè)試軟件會(huì)使用到該配置文件。

4.3 安裝ddr_stress_tester

雙擊 ddr_stress_tester_v3.00_setup.exe，軟件會(huì)自動(dòng)生成我們需要的測(cè)試工具，如下圖所示。

一直點(diǎn)擊下一步即可，最終會(huì)在當(dāng)前文件夾下生成我們需要的測(cè)試軟件如下圖所示。

進(jìn)入生成的工具，如下圖所示。

4.4 DDR校準(zhǔn)

雙擊DDR_Tester.exe，打開測(cè)試軟件如下圖所示。

根據(jù)使用的硬件平臺(tái)進(jìn)行配置。

配置完成后，將開發(fā)板設(shè)置為 USB 啟動(dòng)方式，點(diǎn)擊 Download 按鈕將測(cè)試代碼下載到開
發(fā)板中，下載完成以后 DDR Test Tool 下方的信息窗口就會(huì)輸出一些內(nèi)容。

DDR TestTool 工具有三個(gè)測(cè)試項(xiàng)：DDR Calibration、DDR Stess Test 和 32bit Memory Read/Write，我們首先要做校準(zhǔn)測(cè)試，因?yàn)椴煌?PCB、不同的 DDR3L 芯片對(duì)信號(hào)的影響不同，必須要進(jìn)行校準(zhǔn)，然后用新的校準(zhǔn)值重新初始化 DDR。點(diǎn)擊 Calibraton 按鈕，校準(zhǔn)完成后會(huì)輸出校準(zhǔn)后的寄存器值，如下圖所示。

如果校準(zhǔn)成功軟件會(huì)輸出成功提示信息，如上圖標(biāo)號(hào)①所示。標(biāo)號(hào)②處是校準(zhǔn)后得到的6個(gè)寄存器的值， 我們需要用這些寄存器的值替換校準(zhǔn)文件中的值。

例如我們使用的配置文件為 ALIENTEK_512MB.inc，使用 VS code 打開后直接搜索寄存器地址，例如修改 MMDC_MPWLDECTRL0 寄存器，則直接搜索 0x021b080c，找到后直接使用校準(zhǔn)后的值 0x00050003 替換現(xiàn)有值即可。特別提醒，默認(rèn)情況下，配置文件中找不到 MMDC_MPWLDECTRL1(0x021b0810) 和 MPDGCTRL1 PHY0(0x021b0840)， 這兩個(gè)寄存器直接忽略即可。修改完成后保存即可。

ALIENTEK_512MB.inc 修改完成以后重新加載并下載到開發(fā)板中，至此 DDR 校準(zhǔn)完成。

4.5 DDR性能測(cè)試

校準(zhǔn)完成以后就可以進(jìn)行 DDR3 超頻測(cè)試，超頻測(cè)試的目的就是為了檢驗(yàn) DDR3 硬件設(shè)計(jì)合不合理，一般 DDR3 能夠超頻到比標(biāo)準(zhǔn)頻率高 10%~15%的話就認(rèn)為硬件沒有問題。

DDR Test Tool 支持 DDR3 超頻測(cè)試，只要指定起始頻率和終止頻率，那么工具就會(huì)自動(dòng)開始一點(diǎn)點(diǎn)的增加頻率，直到達(dá)到終止頻率或者測(cè)試失敗。

設(shè)置好起始頻率為 400MHz，終止頻率為 600MHz，設(shè)置好以后點(diǎn)擊 Stress Test 按鈕開啟超頻測(cè)試，超頻測(cè)試時(shí)間比較久，請(qǐng)耐心等待。

從上圖可以看出，當(dāng)超頻到556MHz是出現(xiàn)了錯(cuò)誤，說明我測(cè)試的這塊開發(fā)板最高頻率為552MHz， 不同開發(fā)板稍有差別，但都能滿足400M的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率。

? 由 Leung 寫于 2023 年 3 月 31 日

? 參考：13. DDR測(cè)試