本文介紹了M6442核心板GPMC 總線的基本概念、功能特點(diǎn)、配置方法、使用注意事項(xiàng)以及應(yīng)用案例。GPMC 是一種并行總線接口，可實(shí)現(xiàn)與多種外部設(shè)備的高速、靈活、可靠的數(shù)據(jù)通信。

?M6442核心板簡(jiǎn)介

M6442核心板是我們基于 TI 公司 AM64x Sitara處理器開(kāi)發(fā)的工控核心板，旨在滿足工業(yè)4.0嵌入式產(chǎn)品的復(fù)雜處理需求。核心板默認(rèn)搭配1GB DDR4內(nèi)存和4GB eMMC存儲(chǔ)，型號(hào)為M6442-1GF4GLI-T。核心板板載CPU集成了兩個(gè) 1.0 GHz的ARM Cortex-A53 、四個(gè) 800 MHz的ARM Cortex-R5F ，以及一個(gè)400 MHz的ARM Cortex-M4F，能同時(shí)滿足高級(jí)應(yīng)用處理和實(shí)時(shí)控制的需求，提供更全面的功能和性能。M6442-EV-Board是我們基于M6442核心板開(kāi)發(fā)的評(píng)估底板。M6442-EV-Board評(píng)估底板集成了大量的外設(shè)和接口資源，如圖 1所示，其中有1個(gè)M.2接口用于評(píng)估5G模塊、1個(gè)SIM卡座、3路千兆以太網(wǎng)接口、1路調(diào)試接口、1路CAN接口、1路RS232接口、1路RS485接口、1路GPMC接口、1路擴(kuò)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個(gè)TF卡座、1個(gè)JTAG座，可用于工業(yè)網(wǎng)關(guān)、運(yùn)動(dòng)控制、工廠自動(dòng)化等應(yīng)用場(chǎng)合。

圖1M6442-EV-Board接口示意圖
?GPMC的基本概念

GPMC (General-Purpose Memory Controller)是TI公司專(zhuān)用的通用外部存儲(chǔ)器控制器接口，支持多達(dá) 8 個(gè)芯片選擇信號(hào)，可連接多達(dá) 8 個(gè)不同的外部設(shè)備，例如大容量 NAND flash 或 NOR flash閃存設(shè)備、 FPGA 或 CPLD 專(zhuān)用集成電路設(shè)備等。

GPMC架構(gòu)如圖2所示：

圖2GPMC架構(gòu)示意圖

GPMC 的主要信號(hào)線包括：

GPMC_A[25:0]：地址線，用于傳輸?shù)刂?a target="_blank">信息或命令信息。

GPMC_AD[15:0]：數(shù)據(jù)線，用于傳輸數(shù)據(jù)信息。

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

GPMC_OEN_REN：輸出使能/讀使能信號(hào)，用于控制輸出或讀取操作。

GPMC_WEN：寫(xiě)使能信號(hào)，用于控制寫(xiě)入操作。

GPMC_CS[7:0]：芯片選擇信號(hào)，用于選擇不同的外部設(shè)備。

GPMC_CLK：時(shí)鐘信號(hào)，用于同步訪問(wèn)操作。

GPMC_WAIT[3:0]：等待信號(hào)，用于指示外部設(shè)備的就緒狀態(tài)。

?GPMC的功能特點(diǎn)

1.高速率

GPMC總線的速率取決于不同的配置和工作模式，但一般來(lái)說(shuō)，它可以達(dá)到100MB/s以上的速率，實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)配置GPMC接口的時(shí)序參數(shù)和不同工作模式，速率可超過(guò)100MB/s。

2.靈活的連接和配置方式

• 支持多種外部設(shè)備類(lèi)型，如異步 SRAM、NOR flash、NAND flash、FPGA 等，可實(shí)現(xiàn)與不同的存儲(chǔ)器或邏輯設(shè)備的通信。
• 支持多種訪問(wèn)模式，如同步、異步、突發(fā)等，可根據(jù)外部設(shè)備的性能和時(shí)序要求進(jìn)行選擇和配置。
• 支持多種時(shí)鐘源，如系統(tǒng)時(shí)鐘、外部時(shí)鐘或自適應(yīng)時(shí)鐘，可根據(jù)外部設(shè)備的速度要求進(jìn)行選擇和配置。

3. 高可靠性

支持地址/數(shù)據(jù)復(fù)用模式，可減少引腳數(shù)目和布線復(fù)雜度，提高系統(tǒng)集成度和可靠性。

支持預(yù)取引擎，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和緩沖管理，提高系統(tǒng)性能和效率。

支持 ECC 引擎，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和糾錯(cuò)功能，提高系統(tǒng)可靠性和安全性。

?GPMC的配置方法

選擇外部存儲(chǔ)器設(shè)備。首先確定需連接的外部存儲(chǔ)器設(shè)備的類(lèi)型，例如 NOR Flash、NAND Flash 或 SRAM。

• 配置 GPMC 寄存器。需根據(jù)外部存儲(chǔ)器的規(guī)格和需求來(lái)配置總線時(shí)序、片選信號(hào)、數(shù)據(jù)位寬、時(shí)鐘頻率等。
• 配置時(shí)序參數(shù)。外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)需要精確的時(shí)序參數(shù)，包括數(shù)據(jù)保持時(shí)間、時(shí)鐘周期等，這些參數(shù)需根據(jù)存儲(chǔ)器廠商提供的規(guī)格書(shū)或數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行配置。
• 配置中斷和片選信號(hào)。配置中斷信號(hào)以及外部存儲(chǔ)器的片選信號(hào)，以便在存儲(chǔ)器操作完成時(shí)通知處理器。
• 初始化和測(cè)試。配置完畢后，進(jìn)行初始化并測(cè)試存儲(chǔ)器的訪問(wèn)，確保存儲(chǔ)器可以正確讀寫(xiě)并且時(shí)序參數(shù)符合要求。

?GPMC的使用注意事項(xiàng)

1. 根據(jù)外部存儲(chǔ)器設(shè)備的類(lèi)型和特性，選擇合適的 GPMC 模式、時(shí)序和地址空間。

GPMC 模式主要有以下幾種：

• 數(shù)據(jù)突發(fā)模式，一次尋址多次數(shù)據(jù)傳輸，適用于同步通信。
• 單一訪問(wèn)模式，一次尋址一次數(shù)據(jù)傳輸，適用于異步通信。

復(fù)用訪問(wèn)模式，地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用，適用于異步通信。

2. 配置好 GPMC 寄存器后，檢查是否有沖突或錯(cuò)誤，如地址重疊、時(shí)序不匹配等。地址重疊是指不同的片選信號(hào)對(duì)應(yīng)的地址空間有重疊部分，導(dǎo)致訪問(wèn)沖突或混亂。3. 訪問(wèn) GPMC 總線時(shí)，遵循外部存儲(chǔ)器設(shè)備的協(xié)議和命令，如讀寫(xiě)控制、狀態(tài)檢測(cè)等。例如，NAND flash設(shè)備通常需要發(fā)送命令和地址來(lái)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。4. 使用 GPMC 總線時(shí)，注意保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性，如添加校驗(yàn)碼、加密等。
?GPMC的應(yīng)用案例ZMC600E EtherCAT主站控制器是我們基于M6442核心板和FPGA開(kāi)發(fā)的工控產(chǎn)品，其專(zhuān)門(mén)為實(shí)時(shí)處理和通信與應(yīng)用處理的工業(yè)應(yīng)用而構(gòu)建。M6442核心板與FPGA之間的GPMC總線連接方式如圖3所示。

圖3M6442核心板與FPGA通過(guò)GPMC連接的示意圖