IMX6ULL学习笔记（21）——MMDC接口使用(DDR3测试)

一、MMDC简介

MMDC 接口与 STM32 的 FSMC 接口类似，只不过 MMDC 接口专用于外接 DDR，并且 MMDC 外部引脚不复用。MMDC 是一个多模的 DDR 控制器，可以连接 16 位宽的 DDR3/DDR3L、16 位宽的 LPDDR2。

MMDC 是一个可配置、高性能的 DDR 控制器。MMDC 外设包含一个内核（MMDC_CORE）和 PHY（MMDC_PHY），内核和 PHY 的功能如下：

• MMDC_CORE
  负责通过 AXI 接口与系统进行通信，实现 DDR 命令生成、DDR 命令优化和读写数据路径。控制整个 MMDC 的功能实现。
• MMDC_PHY
  负责时序调整和校准，使用特殊的校准机制以确保数据被正常收发， 最高支持 400MHz。

1.1 MMDC信号引脚

在使用 STM32 的时候 FMC/FSMC 的 IO 引脚是带有复用功能的，如果不接 SRAM 或 SDRAM 的话 FMC/FSMC 是可以用作其他外设 IO 的。但是，对于 DDR 接口就不一样了，因为 DDR 对于硬件要求非常严格，因此 DDR 的引脚都是独立的，一般没有复用功能，只做为 DDR 引脚使用。I.MX6U 也有专用的 DDR 引脚如下：

1.2 MMDC时钟源

默认情况下 PLL2 的 PFD2 时钟输出作为 MMDC 的根时钟，时钟频率为 400MHz(实际396MHz)。时钟产生路径如下图所示：

PLL2 的 PFD2 经过两个时钟选择寄存器（标号①和②）和一个时钟分频寄存器（标号③）之后连接到 MMDC_CLK_ROOT。具体寄存器在时钟树中已经标出。特别注意的是，在程序中不能任意修改时钟选择寄存器以及时钟分频寄存器，因为程序正常运行会使用 DDR，而不正确的修改 DDR 根时钟会造成系统崩溃。

二、DDR简介

DDR 内存是 SDRAM 的升级版本，SDRAM 分为 SDR SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM。

DDR 全称是 Double Data Rate SDRAM，也就是双倍速率 SDRAM，看名字就知道 DDR 的速率(数据传输速率)比 SDRAM 高 1 倍！这 1 倍的速度不是简简单单的将 CLK 提高 1 倍，SDRAM 在一个 CLK 周期传输一次数据，DDR 在一个 CLK 周期传输两次数据，也就是在上升沿和下降沿各传输一次数据，这个概念叫做预取(prefetch)，相当于 DDR 的预取为 2bit，因此 DDR 的速度直接加倍！比如 SDRAM 速度一般是 133~200MHz，对应的传输速度就是 133~200MT/s，在描述 DDR 速度的时候一般都使用 MT/s，也就是每秒多少兆次数据传输。133MT/S 就是每秒 133M 次数据传输，MT/s 描述的是单位时间内传输速率。同样 133~200MHz 的频率，DDR 的传输速度就变为了 266~400MT/S，所以大家常说的 DDR266、DDR400 就是这么来的。

DDR2 在 DDR 基础上进一步增加预取(prefetch)，增加到了 4bit，相当于比 DDR 多读取一倍的数据，因此 DDR2 的数据传输速率就是 533~800MT/s，这个也就是大家常说的 DDR2 533、DDR2 800。当然了，DDR2 还有其他速度，这里只是说最常见的几种。

DDR3 在 DDR2 的基础上将预取(prefetch)提高到 8bit，因此又获得了比 DDR2 高一倍的传输速率，因此在总线时钟同样为 266~400MHz 的情况下，DDR3 的传输速率就是 1066~1600MT/S。I.MX6U 的 MMDC 外设用于连接 DDR，支持 LPDDR2、DDR3、DDR3L，最高支持 16 位数据位宽。总线速度为 400MHz(实际是 396MHz)，数据传输速率最大为 800MT/S。这里我们讲一下 LPDDR3、DDR3 和 DDR3L 的区别，这三个都是 DDR3，但是区别主要在于工作电压，LPDDR3 叫做低功耗 DDR3，工作电压为 1.2V。DDR3 叫做标压 DDR3，工作电压为 1.5V，一般台式内存条都是 DDR3。DDR3L 是低压 DDR3，工作电压为 1.35V，一般手机、嵌入式、笔记本等都使用 DDR3L。

三、引脚确定

我使用的是 野火_EBF6ULL S1 Pro 开发板，DDR型号是 MT41K256M16TW-107，容量 256M*16 共 512M 字节，数据宽度 16 位。

四、DDR3测试

4.1 下载DDR测试软件和配置文件

NXP 提供了一个非常好用的 DDR 测试软件，叫做 ddr_stress_tester。
官网下载：https://community.nxp.com/docs/DOC-102005
百度网盘：

打开下载地址，如下图所示。

我们需要下载测试软件和测试需要使用的配置文件。如下图所示。

点击标号①，在附件中找到 配置文件，点击附件下载即可。如下图所示。

点击标号②，在附件中找到 下载工具，下载即可，如下图所示。

下载完成并解压如下图所示：

4.2 配置文件说明

打开 I.MX6UL_DDR3_Script_Aid_V0.02.xlsx 文件，如下图所示。

配置文件包括三部分内容：

• 配置文件的说明
  帮助信息，告诉用户此文件如何使用。

• 配置选项
  通过此表可以设置板子的 DDR 信息，最后生成一个 .inc 结尾的 DDR 初始化脚本文件。

• 根据配置选项自动生成的.inc格式的配置文件
  这个 .inc 文件就包含了 DDR 的初始化信息，一般都是寄存器地址和对应的寄存器值。DDR测试软件会用到这个文件。

4.2.1 配置选项

第二个文件是我们要修改的配置选项，如下图所示。

上图中黄色和蓝色选项框需要根据硬件平台选择即可，这里默认是 NXP 官方评估板的配置参数。 如果使用的是 野火_EBF6ULL S1 Pro 开发板这些配置参数不用修改，保持默认即可。

具体的配置界面，主要分为三部分：

① 驱动信息（Device Information）
这部分内容配置DDR芯片相关信息。各配置项介绍如下：

• Manufacturer： DDR芯片厂商，默认为镁光(Micron)，这个没有意义，如果不改，配置文件也是可以使用的。
• Memory part number： DDR芯片型号，可以不用设置，没有实际意义。
• Memory type： DDR类型，有DDR3-800、DDR3-1066、DDR3-1333和DDR3-1600。这里只能通过下拉框选择，根据你使用的DDR芯片选择即可，我们选择DDR3-1600。
• DRAM density (Gb)： 芯片容量，单位是Gb，我们的DDR容量是512M字节 * 8 = 4Gb。容量根据实际容量选择即可。
• DRAM Bus Width： 数据宽度，16位。
• Number of Banks： DDR banks数量，通常情况下DDR3L都是8个bank。如有特殊情况根据实际数量选择即可。
• Number of ROW Addresses： 行地址线数量，可选11~16条。这个要具体所使用的DDR3芯片来定，这里使用15条。
• Number of COLUMN Addresses： 列地址线数量，可选9~12条。这个要具体所使用的DDR3芯片来定，这里使用10条。
• Page Size (K)： DDR芯片页大小，我们使用的DDR页大小是2K，其他芯片根据芯片手册说明选择即可。
• Self-Refresh Temperature (SRT)： 自刷新，这个选项框是对于 i.MX6UL 来说是不可修改的。
• tRCD=tRP=CL (ns)、tRC Min (ns)、tRAS Min (ns)： DDR相关延时相关参数，这些参数从DDR芯片数据手册中获得。

② 系统信息（System Information）
系统信息大多是固定的，通常情况下不需要修改，具体介绍如下：

• i.Mx Part： 芯片类型，固定为i.MX6UL。
• Bus Width： 数据总线宽度，16位。
• Density per chip select (Gb)： 每片DDR芯片的容量，单位Gb，我们的DDR容量是512M字节*8 = 4Gb，根实际使用的DDR芯片选择即可。
• Number of Chip Selects used： 使用了多少片DDR芯片，我们使用了1片，根据实际使用数量选择。
• Total DRAM Density (Gb)： 总共的DDR容量，我们使用了1片512M字节的DDR3L，所以这里选择4。
• DRAM Clock Freq (MHz)： DDR工作频率，默认400MHz。
• DRAM Clock Cycle Time (ns)： 一个时钟周期的时间长度，根据DDR工作频率计算即可，1/400M =2.5ns。
• Address Mirror (for CS1)： 地址镜像，仅CS1有效。选择Disable。

③ 硬件SI参数（SI Configuratin）
这里设置的是硬件阻抗，保持默认即可。

4.2.2 保存配置信息

修改完成后，配置信息自动更新到 RealView.inc 文件，如下图所示：

RealView.inc 不能直接用，我们需要新建一个以 .inc 结尾的文件，名字自定义，但最好不要用中文。

使用 VS code 打开 RealVies.inc 文件（也可使用其他工具打开）。复制原配置文件中的全部内容到新建的 ALIENTEK_512MB.inc 文件，保存即可。后面 DDR 测试软件会使用到该配置文件。

4.3 安装ddr_stress_tester

双击 ddr_stress_tester_v3.00_setup.exe，软件会自动生成我们需要的测试工具，如下图所示。

一直点击下一步即可，最终会在当前文件夹下生成我们需要的测试软件如下图所示。

进入生成的工具，如下图所示。

4.4 DDR校准

双击DDR_Tester.exe，打开测试软件如下图所示。

根据使用的硬件平台进行配置。

配置完成后，将开发板设置为 USB 启动方式，点击 Download 按钮将测试代码下载到开
发板中，下载完成以后 DDR Test Tool 下方的信息窗口就会输出一些内容。

DDR TestTool 工具有三个测试项：DDR Calibration、DDR Stess Test 和 32bit Memory Read/Write，我们首先要做校准测试，因为不同的 PCB、不同的 DDR3L 芯片对信号的影响不同，必须要进行校准，然后用新的校准值重新初始化 DDR。点击 Calibraton 按钮，校准完成后会输出校准后的寄存器值，如下图所示。

如果校准成功软件会输出成功提示信息，如上图标号①所示。标号②处是校准后得到的6个寄存器的值， 我们需要用这些寄存器的值替换校准文件中的值。

例如我们使用的配置文件为 ALIENTEK_512MB.inc，使用 VS code 打开后直接搜索寄存器地址，例如修改 MMDC_MPWLDECTRL0 寄存器，则直接搜索 0x021b080c，找到后直接使用校准后的值 0x00050003 替换现有值即可。特别提醒，默认情况下，配置文件中找不到 MMDC_MPWLDECTRL1(0x021b0810) 和 MPDGCTRL1 PHY0(0x021b0840)， 这两个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载并下载到开发板中，至此 DDR 校准完成。

4.5 DDR性能测试

校准完成以后就可以进行 DDR3 超频测试，超频测试的目的就是为了检验 DDR3 硬件设计合不合理，一般 DDR3 能够超频到比标准频率高 10%~15%的话就认为硬件没有问题。

DDR Test Tool 支持 DDR3 超频测试，只要指定起始频率和终止频率，那么工具就会自动开始一点点的增加频率，直到达到终止频率或者测试失败。

设置好起始频率为 400MHz，终止频率为 600MHz，设置好以后点击 Stress Test 按钮开启超频测试，超频测试时间比较久，请耐心等待。

从上图可以看出，当超频到556MHz是出现了错误，说明我测试的这块开发板最高频率为552MHz， 不同开发板稍有差别，但都能满足400M的标准工作频率。

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• 由 Leung 写于 2023 年 3 月 31 日

• 参考：13. DDR测试