DSMC

芯片名称：RK3576
内核版本：kernel 6.10

前言
本文档为 ROCKHIP DSMC 模块的 kernel 开发提供说明和使用方法。

读者对象
本文档（本指南）主要适用于以下工程师：

• 技术支持工程师
• 软件开发工程师

1. 名称解释

• DSMC：Double Data Rate Serial Memory Controller，双倍速率串行存储器控制器
• PSRAM：Pseudo static random access memory，伪静态随机存储器
• DPRAM：Dual Port Random Access Memory，双向随机存取存储器

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2. 概述

Double Data Rate Serial Memory Controller（DSMC），双倍速率串行存储器控制器，通过命令、地址、数据线分时复用，数据上下沿传输，具有少引脚数、高带宽的特点。数据线位宽支持 x8、x16，最多支持 4 个 chip select。传输协议支持 Hyperbus PSRAM、Xccela PSRAM 和 Local bus。若使用 Local bus 协议，从设备需使用 RK 开发的 slave 模型，或者传输协议相同。若使用 HYPERBUS PSRAM、XCCELA PSRAM 协议，从设备支持 winbond、AP memory、Cypress、ISSI 等厂家生产的 PSRAM 颗粒。

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3. DSMC驱动

3.1 驱动文件

DSMC 驱动文件位置：

• drivers/memory/rockchip/dsmc-host.c /* 主要驱动程序 */
• drivers/memory/rockchip/dsmc-controller.c /* DSMC 控制器行为配置 */
• drivers/memory/rockchip/dsmc-lb-device.c /* DSMC Local bus 设备 */

3.2 DTS节点配置

dsmc: dsmc@2a280000 {
    ...
    clock-frequency = <100000000>; /* DSMC 接口频率设置 */
    ...
    /* 从设备属性 */
    slave {
        rockchip,dqs-dll = <0x20 0x20 /* 从设备 cs0 的 DQS0、DQS1 DLL 延迟参数 */
                           0x20 0x20 /* 从设备 cs1 的 DQS0、DQS1 DLL 延迟参数 */
                           0x20 0x20 /* 从设备 cs2 的 DQS0、DQS1 DLL 延迟参数 */
                           0x20 0x20>; /* 从设备 cs3 的 DQS0、DQS1 DLL 延迟参数 */
        /*
         * rockchip,ranges：DSMC 访问从设备内存的基地址，大小；
         * 若不同 CS 的内存空间大小不同，那么需要配置最大的。
         * rockchip,ranges = <0x0 0x10000000 0x0 0x2000000> 含义：若外设是 PSRAM，
         * 那么每个 CS 都分配 0x2000000 大小的内存空间；
         * 若外设是 Local Bus，那么每个 region 都分配 0x2000000 大小的内存空间。
         */
        rockchip,ranges = <0x0 0x10000000 0x0 0x2000000>;
        rockchip,slave-dev = <&dsmc_slave>;
    };
};

dsmc_slave: dsmc_slave {
    compatible = "rockchip,dsmc-slave";
    rockchip,clk-mode = <0>; /* clk 模式，仅限 Local bus */
    status = "disabled";
    /* 从设备是 PSRAM（Hyperbus Psram 或 Xccela Psram）时，开启对应从设备 cs 的节点 */
    psram {
        psram0 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs0 为 PSRAM，则改为“okay” */
        };
        psram1 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs1 为 PSRAM，则改为“okay” */
        };
        psram2 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs2 为 PSRAM，则改为“okay” */
        };
        psram3 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs3 为 PSRAM，则改为“okay” */
        };
    };
    /* 从设备是 Local bus 设备时，开启、配置对应节点 */
    lb-slave {
        dsmc_lb_slave0: lb-slave0 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs0 为 Local bus 设备，则改为“okay” */
            dsmc_p0_region: region {
                dsmc_p0_region0: region0 { /* 此从设备 region0 的属性 */
                    rockchip,attribute = "Merged FIFO";/* region0 为从设备可 merge FIFO */
                    rockchip,ca-addr-width = <0>; /* CA 传输格式，0：为 32bit，1：为 16bit */
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>; /* 从设备 cs0 被从设备 cs1、2、3 控制 */
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>; /* 从设备 cs0 控制从设备 cs1、2、3 */
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p0_region1: region1 { /* 此从设备 region1 的属性 */
                    rockchip,attribute = "No-Merge FIFO";/* region1 为从设备不可 merge FIFO */
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p0_region2: region2 { /* 此从设备 region2 的属性 */
                    rockchip,attribute = "DPRA"; /* region2 为从设备 DPRAM */
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p0_region3: region3 { /* 此从设备 region3 的属性 */
                    rockchip,attribute = "Register"; /* region3 为从设备寄存器 */
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
            };
        };
        dsmc_lb_slave1: lb-slave1 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs1 为 Local bus 设备，则改为“okay” */
            dsmc_p1_region: region {
                dsmc_p1_region0: region0 {
                    rockchip,attribute = "Merged FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p1_region1: region1 {
                    rockchip,attribute = "No-Merge FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p1_region2: region2 {
                    rockchip,attribute = "DPRA";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p1_region3: region3 {
                    rockchip,attribute = "Register";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
            };
        };
        dsmc_lb_slave2: lb-slave2 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs2 为 Local bus 设备，则改为“okay” */
            dsmc_p2_region: region {
                dsmc_p2_region0: region0 {
                    rockchip,attribute = "Merged FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p2_region1: region1 {
                    rockchip,attribute = "No-Merge FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p2_region2: region2 {
                    rockchip,attribute = "DPRA";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p2_region3: region3 {
                    rockchip,attribute = "Register";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
            };
        };
        dsmc_lb_slave3: lb-slave3 {
            status = "disabled"; /* 若从设备 cs3 为 Local bus 设备，则改为“okay” */
            dsmc_p3_region: region {
                dsmc_p3_region0: region0 {
                    rockchip,attribute = "Merged FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p3_region1: region1 {
                    rockchip,attribute = "No-Merge FIFO";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p3_region2: region2 {
                    rockchip,attribute = "DPRA";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
                dsmc_p3_region3: region3 {
                    rockchip,attribute = "Register";
                    rockchip,ca-addr-width = <0>;
                    rockchip,dummy-clk-num = <1>;
                    rockchip,cs0-be-ctrled = <0>;
                    rockchip,cs0-ctrl = <0>;
                    status = "disabled";
                };
            };
        };
    };
};

用户需根据实际从设备的类型，开启对应的节点。如 PSRAM 设备，需根据 PCB 外接 CS 的序号，开启对应的 psramx 节点。具体是 Hyperbus 还是 Xccela Psram，由驱动自动识别。当从设备是 RK 设计 DSMC slave 时，根据 PCB 外接 CS 的序号，开启对应的 lb_slavex 节点。另外还需根据从设备的属性修改对应 region 的配置。其中 clk-mode 控制支持的三种 clk 行为：clk-mode = 0 即 CS 拉高期间无时钟，拉低期间有时钟；clk-mode = 1 即无论 CS 怎么变化，时钟一直有，slave 可将其作为参考时钟，但是此模式下无法跑高频且各类 AC timing 可调参数不可用；clk-mode = 2 即 CS 拉高和拉低期间都有时钟，但是 CS 跳变沿前后会关闭几个时钟。
作为 Local bus 设备时，设备空间示意图如下：

每个从设备片选CS的访问空间都可以分成1、2、4个region（均分），只需要在DTS开启对应属性region 的status。 对于 rockchip,ranges = <0x0 0x10000000 0x0 0x2000000>; 属性，配置的是从设备内存空间的起 始地址和大小，不同外设类型有不同含义。 若外设是PSRAM， rockchip,ranges 配置的是最大CS空间的大小。每个CS的内存空间划分如下：

若外设是 Local Bus， rockchip,ranges 配置的是最大region空间的大小。在只开启Register和 merged-FIFO 2个region的情况下，每个CS的region空间划分如下：

3.3 内核配置

Symbol: ROCKCHIP_DSMC [=y]                                                      
│
│ Type : bool                                                                
│
│ Prompt: Rockchip DSMC(Double Data Rate Serial Memory Controller) driver    
│
│ Depends on: MEMORY [=y]                                                    
│
│ Location:                                                                  
│
│ -> Device Drivers                                                          
│ -> Memory Controller drivers (MEMORY [=y])                                
│ -> Rockchip DSMC(Double Data Rate Serial Memory Controller) driver
(ROCKCHIP_DSMC [=y])

---

4. 内核态对DSMC从设备内存的访问

4.1 调用驱动接口

在 DSMC 驱动里 drivers/memory/rockchip/dsmc-host.c 实现了如下几种访问接口： 通过调用函数 rockchip_dsmc_find_device_by_compat() 查找 dsmc 设备，并获取这个设备的私有参数。并通过 dsmc_dev.ops 实现 CPU，DMA 对 DSMC 从设备的访问。其中 ops->read、ops->write 为 CPU 读写 DSMC 从设备的内存空间。ops->copy_from 用于 DMA 读取从设备内存，并写入 host 端内存。ops->copy_to 用于 DMA 从 host 端内存写入从设备内存。

struct rockchip_dsmc_device *rockchip_dsmc_find_dev(void);
static struct dsmc_ops rockchip_dsmc_ops = {
    .read = dsmc_read,
    .write = dsmc_write,
    .copy_from = dsmc_copy_from,
    .copy_from_state = dsmc_copy_from_state,
    .copy_to = dsmc_copy_to,
    .copy_to_state = dsmc_copy_to_state,
};

static void test(void)
{
    u32 cs;
    struct rockchip_dsmc_device *dsmc_dev;
    dsmc_dev = rockchip_dsmc_find_device_by_compat(rockchip_dsmc_get_compat(0));
    if (dsmc_dev == NULL) {
        printk("error: can not find dsmc device\n");
        return 0;
    }
    for (cs = 0; cs < DSMC_MAX_SLAVE_NUM; cs++) {
        if (dsmc_dev->dsmc.cfg.cs_cfg[i].device_type == DSMC_UNKNOWN_DEVICE)
            continue;
        dsmc_dev->ops->write(dsmc_dev, cs, 0, test_addr, test_data);
        /* TODO */
    }
}

4.2 直接访问

CPU 或 master 可直接访问 DSMC slave memory 空间（支持 Byte，half-word，word 的随机地址访问；支持 cacheable、uncacheable、write combine 映射方式）。

---

5. 用户态对DSMC的访问

5.1 通过特定节点访问

在 Local bus 使能的情况下，DSMC 驱动会在 /dev/dsmc/ 创建 4 个从设备片选 CS，每个 CS 下会创建 4 个 memory region，各属性分别对应 DTS 的描述。若需要访问 merged-FIFO，对应为 region0，需操作对应的片选 CS 下的对应 region 节点。具体如下：

1. 使用 open() 接口打开对应 region 设备节点，获取文件描述符；
2. 使用 mmap() 系统调用将上述 region 设备内存映射到进程地址空间，获取映射地址；
3. 读写设备内存；
4. 使用 munmap() 解除内存映射；
5. 使用 close() 关闭文件描述符。

代码示例如下：

device_name = "/dev/dsmc/cs0/region0"
wantbytes = 0x200000;
memfd = open(device_name, O_RDWR | O_SYNC);
if (memfd == -1) {
    fprintf(stderr, "failed to open %s for physical memory: %s\n",
            device_name, strerror(errno));
    exit(EXIT_FAILURE);
}
/* 使用 O_SYNC 标志打开文件和 MAP_LOCKED 标志进行 mmap 操作的 memory 空间是 uncached 的 */
buf = (void volatile *) mmap(0, wantbytes, PROT_READ | PROT_WRITE,
                             MAP_SHARED | MAP_LOCKED, memfd,
                             0x0);
if (buf == MAP_FAILED) {
    fprintf(stderr, "failed to mmap %s for physical memory: %s\n",
            device_name, strerror(errno));
    exit(EXIT_FAILURE);
}
bufsize = wantbytes;
halflen = bufsize / 2;
count = halflen / sizeof(u32);
bufa = (u32v *) buf;
bufb = (u32v *) ((size_t) buf + halflen);
test_dsmc(bufa, bufb, count); /* 读写 DSMC slave 内存 */
if (munmap((void*)buf, wantbytes) == -1) {
    perror("munmap");
    close(memfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}
close(memfd);

5.2 直接访问

CPU 可以通过 /dev/mem 映射的 DSMC slave memory 空间直接进行访问，如 RK3576 上使用 io 命令进行 DSMC slave memory 的 region0 访问：io -4 0x10000000。

---

6. DSMC slave内存空间分配

DSMC slave 的空间分配由 rockchip,ranges 属性控制，配置的是从设备内存空间的起始地址和大小。

6.1 PSRAM

例如配置 rockchip,ranges = <0x0 0x10000000 0x0 0x2000000>;，若外设是 PSRAM，rockchip,ranges 配置的是最大 CS 空间的大小。对 DSMC 控制器来说，每个片选 CS 的容量是相同的。若实际不同片选 CS 贴不同容量 PSRAM，用户访问时应当注意边界。每个 CS 的内存空间划分如下：

Note：DSMC 理论上支持不同片选 CS 是不同厂家 PSRAM，支持容量不同，但不同片选 CS 的位宽（x8 or x16）必须相同。

6.2 Local bus

若外设是 Local Bus，对于 DSMC 控制器来说，每个片选 CS 的容量也是相同的。每个片选 CS 都可以均分成 1、2、4 个 region，每个 region 的属性可以是 DPRAM、Register、merged FIFO 和 un-merged FIFO。若实际每个 CS 的 region 容量不同，用户访问时应当注意边界。

对于 Local Bus，rockchip,ranges 配置的是最大 region 空间的大小。
若一个片选 CS 开启 2 个 region，每个 region 大小由 DTS（DSMC 节点 slave 设备的 rockchip,ranges = 0x0 0x10000000 0x0 0x2000000）决定。各个 CS 的各 region 的内存空间分配如下：

---

7. DSMC Local bus host与slave的数据交互

7.1 FIFO

当 DSMC 使用 Local bus 协议，且外接 RK slave 时，slave 端有一段 FIFO，当访问的 region 属性是 merged-FIFO 或者 un-merged-FIFO 时，host 端传输的数据经过 FIFO 后，slave 端会再次写入 slave 端的内存，如 DDR，SRAM 等。这段 FIFO 不可见，对于 DSMC host 端来说，slave 端的 DDR，SRAM 内存空间即是 slave 端的内存空间。通过 DSMC 写入的数据，最终都将被写入 slave 端的内存，在使用时应注意 slave 端内存空间的管理和数据一致性。

7.2 Register

当 DSMC 使用 Local bus 协议，且外接 RK slave 时，有一段 SLAVE_CSR Register，当访问的 region 属性是 Register 时，即是访问这段 SLAVE_CSR Register。这段是可以用于 host 与 slave 的信息快速传递。
可用于信息交互的寄存器：

• 其中 APP_CONx 寄存器，slave 有读写权限，host 端只有读权限；
• LBC_CONx 寄存器 slave 只有读权限，host 端有读写权限。

当 host 写入 LBC_CONx 寄存器，会触发 host2slave 中断给 slave 端 CPU，用于处理 host 端传入的数据。
当 slave 写入 APP_CONx 寄存器后，通过 IO 引脚 INT 触发 slave2host 中断，传入 host 端，host 端 CPU 也可以响应中断，获取 slave 传递过来的数据。DSMC 接收 INT 信号后，也可以发起 DMA 硬件请求，DMA 开始搬移数据（DMA 需提前配置好）。

典型场景 1
host 端将信息写入 LBC_CONx 寄存器，将触发 host2slave 中断，slave 端从 LBC_CONx 寄存器读取信息；slave 端将信息写入 APP_CONx 寄存器，将触发 slave2host 中断，host 端从 APP_CONx 寄存器读取信息。

典型场景 2：
host 端 DSMC、DMA 配置好后，host 端通过写 LBC_CONx 寄存器通知 slave 端，然后 slave 端通过写 APP_CONx，从 INT 引脚返回 host 一个有效信号，DSMC host 接收后，发起 DMA 硬件请求，开启 DMA 搬移。

Note：

• APP_CON15、LBC_CON15 已被使用。
• DSMC 使用 DMA 硬件请求的驱动已实现，当 host 端 DMA 配置完成，host 端将 LBC_CON15 原值 +1 写入 LBC_CON15 寄存器，slave 接收到数据后，将 APP_CON15 写 1 触发 slave2host 中断，DSMC host 接收后自动发起一定数量的 DMA 硬件请求，触发 DMA 搬移。