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SRAM + PSRAM

19 Nov 2024

Read time: 5 minute(s)

作为一种典型的内存配置使用场景，SRAM + PSRAM 配置有如下特点：

SRAM_S0 速度较快但是容量较小，提供给软件系统使用。
PSRAM 速度略慢但是容量较大，提供给多媒体外设模块 DE/GE/VE 作为缓存使用
外设模块的 DMA 直接存取内存。

内存布局和使用策略

../../../../_images/d13x_mem_layout1.png

注：

为了减少总线冲突，DE/GE/VE 硬件上已被限制不能访问 SRAM_S0 区域的内存。

软件会使用以下策略来分配 Hardware Memory 资源：

将 SRAM 的 SRAM_S0 Region 区域提供给系统软件使用。
将 PSRAM 分成两个区域：
- PSRAM Software Region：在 SRAM 不够系统软件用的情况下补充划分一部分 PSRAM 给软件使用。
- PSRAM CMA Region：专供多媒体模块 MPP 使用
上述区域划分可将 MPP 的动态内存池 (heap_cma) 和系统动态内存池 (heap_sys) 分离，避免 MPP 的内存池碎片化。MPP 的内存分配基本是大块内存，而系统各模块的内存分配是各种尺寸大小都有，如果共享一个内存池容易造成 MPP 大块内存分配失败。
将每个 Region 进一步划分成以下子区域：
- 静态分配 Static：编译链接后可确认地址。
- 动态分配 Heap：Heap 内存池运行时确定地址。

最终 SRAM_S0 空间被软件划分成两块区域，PSRAM 空间会被划分成四块区域：

SRAM_S0 SW Static：系统静态分配区域。

默认存放 .text，.rodata，.data 和 .bss 参数，即普通的函数定义和全局变量定义。
SRAM_S0 SW Heap：系统动态分配区域，即 heap_sys 内存池。
通过以下函数可以从该内存池分配内存。
```
malloc(size);
aicos_malloc(MEM_DEFAULT, size);        // MEM_DEFAULT = 0
```
PSRAM SW Static：系统静态分配区域，属于可选区域，通常情况下没有配置。
通过加上 PSRAM_SW_DATA_DEFINE 宏声明可以将函数定义和全局变量定义链接到本区域：
```
// 函数定义：
void PSRAM_SW_DATA_DEFINE test_func(void);

// 全局变量定义：
PSRAM_SW_DATA_DEFINE int a = 1;
```
PSRAM SW Heap：系统动态分配区域，即 heap_psram_sw 内存池，属于可选区域，通常情况下没有配置。
通过以下函数可以从该内存池分配内存。
```
aicos_malloc(MEM_PSRAM_SW, size);
```
PSRAM CMA Static：CMA 静态分配区域。
- 在 SRAM_S0 空间不够用时，通过 menuconfig 配置菜单将 .text .rodata .data .bss 放置到 PSRAM 中，可以链接到本区域。
- 通过加上 CMA_DATA_DEFINE 宏声明，可以将函数定义和全局变量定义链接到本区域。
```
// 函数定义：
void CMA_DATA_DEFINE test_func(void);   // CMA_DATA_DEFINE = PSRAM_CMA_DATA_DEFINE

// 全局变量定义：
CMA_DATA_DEFINE int a = 1;
```
PSRAM CMA Heap：CMA 动态分配区域，即 heap_cma 内存池。
通过以下函数可以从该内存池分配内存。
```
aicos_malloc(MEM_CMA, size);        // MEM_CMA = MEM_PSRAM_CMA
```

参数配置

通过 scons --menuconfig 命令进入 menuconfig 配置界面，可以配置 Meomry 相关参数：

SRAM_S0 总大小

Board options  --->
    Mem Options  --->
        SRAM parameter  --->
            (0x100000) SRAM Total Size  // 配置 SRAM 总大小为 1M
            SRAM_S1 Size (0K)           // 配置 SRAM_S1 大小为 0，即所有空间分配给 SRAM_S0

PSRAM 总大小

Board options  --->
    Mem Options  --->
        PSRAM parameter  --->
            (0x800000) PSRAM size       // 配置 PSRAM 总大小为 8M

PSRAM CMA 区域大小

Board options  --->
    Mem Options  --->
        PSRAM parameter  --->
            (0x0) Software size in PSRAM // 配置 PSRAM 开头 Software 区域大小为 0，剩余结尾 CMA 区域大小即为 8M

.text.rodata.data.bss 区域可选择配置到 SRAM_S0/PSRAM 当中

Board options  --->
    Mem Options  --->
        ELF Sections memory locatio  --->
            Section .text (SRAM_S0)  --->
            Section .rodata (SRAM_S0)  --->
            Section .data (SRAM_S0)  --->
            Section .bss (PSRAM)  --->
                ( ) SRAM_S0
                (X) PSRAM      // 在 SRAM 空间不足的情况下，选择把几部分数据存放到 PSRAM 当中

调试命令

在工程编译时，可以通过 scons --list-mem 命令来查看当前工程的 Memory layout：

$ scons --list-mem
scons: Reading SConscript files ...
output/d13x_demo88-nor_rt-thread_helloworld/images/d13x.elf Memory layout:

        Region                               Start       End        Length
sram_s0                                 0x30040000 - 0x30140000  0x00100000
  └─ sram_s0_static                     0x30040000 - 0x300ec1f8  0x000ac1f8
            └─ .text                    0x30040000 - 0x300ca3c0  0x0008a3c0
            └─ .rodata                  0x300ca430 - 0x300ea7b0  0x00020380
            └─ .data                    0x300ea7c0 - 0x300ec1f8  0x00001a38
  └─ sram_s0_heap                       0x300ec1f8 - 0x30140000  0x00053e08
            └─ .heap_sys                0x300ec1f8 - 0x30140000  0x00053e08
psram                                   0x40000000 - 0x40800000  0x00800000
  └─ psram_cma                          0x40000000 - 0x40800000  0x00800000
       └─ psram_cma_static              0x40000000 - 0x40010348  0x00010348
            └─ .bss                     0x40000000 - 0x40010348  0x00010348
       └─ psram_cma_heap                0x40010348 - 0x40800000  0x007efcb8
            └─ .heap_cma                0x40010348 - 0x40800000  0x007efcb8

在系统运行时，可以通过 RT-Thread 下的 free 命令来查看 heap_sys 和 heap_cma 内存池的运行情况：

$ scons --list-mem
scons: Reading SConscript files ...
output/d13x_demo88-nor_rt-thread_helloworld/images/d13x.elf Memory layout:

        Region                               Start       End        Length
sram_s0                                 0x30040000 - 0x30140000  0x00100000
  └─ sram_s0_static                     0x30040000 - 0x300ec1f8  0x000ac1f8
            └─ .text                    0x30040000 - 0x300ca3c0  0x0008a3c0
            └─ .rodata                  0x300ca430 - 0x300ea7b0  0x00020380
            └─ .data                    0x300ea7c0 - 0x300ec1f8  0x00001a38
  └─ sram_s0_heap                       0x300ec1f8 - 0x30140000  0x00053e08
            └─ .heap_sys                0x300ec1f8 - 0x30140000  0x00053e08
psram                                   0x40000000 - 0x40800000  0x00800000
  └─ psram_cma                          0x40000000 - 0x40800000  0x00800000
       └─ psram_cma_static              0x40000000 - 0x40010348  0x00010348
            └─ .bss                     0x40000000 - 0x40010348  0x00010348
       └─ psram_cma_heap                0x40010348 - 0x40800000  0x007efcb8
            └─ .heap_cma                0x40010348 - 0x40800000  0x007efcb8