参考資料

TI Designs: TIDM-TM4C129SDRAMNVM

高性能 MCU における NVM にコードを格納した SDRAM からの実行に関するリファレンス・デザイン

概要

特長

内蔵メモリが十分でない場合に、TM4C129x マイクロコント
ローラ (MCU) のメモリ空間を拡張できます。このリファレン
ス・デザインでは、TM4C129x MCU のハードウェア・イン
ターフェイス要件とサンプル・ソフトウェアについて説明します。

•

メモリ・スループットが高く占有面積が大きい用途向けに、60MHz の外部ペリフェラル・インターフェイス (EPI)
により使用可能なメモリ空間を 512Mb の 16 ビット
SDRAM へと拡張•Arm® Cortex®-M4F ベース MCU TM4C1294
Connected LaunchPad™ 評価キット用に設計•

SD カードまたはクワッド・シリアル・フラッシュ不揮発性メモリ用のシリアル・インターフェイス・ブートローダを実装•

ベアメタル外部メモリ・ロガーのカスタム実装用にクワッド・シリアル・フラッシュ・モード・コマンドを追加サポート•

Code Composer Studio™ IDE に対応したプロジェク
ト例を含むソース・コードを提供

リソース
TIDM-TM4C129SDRAMNVM
EK-TM4C1294XL
TM4C1294NCPDT
TM4C123GH6PM
TPD4S012
TPS2052B
TPS62177
TPS73733-Q1

デザイン・フォルダ
ツール・フォルダ
プロダクト・フォルダ
プロダクト・フォルダ
プロダクト・フォルダ
プロダクト・フォルダ
プロダクト・フォルダ
プロダクト・フォルダ

アプリケーション
E2E™エキスパートに質問

Power

Quad serial flash

対話型ヒューマン・マシン・インタフェース•

産業用オートメーション•

モノのインターネット (IoT) ソリューション

•試験 / 測定

ICDIJTAG

EPI
interface

256MBit 16-bit
SDRAM

MicroSD card•

Single49x2
connect
or

TM4C1294NCPDT

10/100Ethernet

SSI
interface

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高性能 MCU における NVM にコードを格納した SDRAM からの実行に関するリ
ファレンス・デザイン
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System Description

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System Description
The external peripheral interface (EPI) of the TM4C129x MCUs can be used to extend the executable
memory region to 16-bit 512Mb of SDRAM. The QSSI interface at 60 MHz can extend storage of NVM
code. This capability lets applications use microSD cards or QSSI flash memory greater than 512Mb. The
design files include schematics, BOM, Gerber files, and reference example code for an easy-to-use
SDRAM, an SD card boot, and an QSSI boot with a TM4C1294NCPDT Connected LaunchPad
development kit.

2

System Overview

2.1

Block Diagram
Power

EPI
interface

256MBit 16-bit
SDRAM

MicroSD card

ICDIJTAG

Single49x2
connectorQuad serial flash

TM4C1294NCPDT

10/100Ethernet

SSI
interface

SDRAM-NVM Memory Extender Block Diagram

2.2

TM4C1294NCPDT Microcontroller
The TM4C1294NCPDT is a 120-MHz high-performance microcontroller with 1MB of on-chip flash and
256KB of on-chip SRAM. The device features an integrated Ethernet MAC and PHY for connected
applications. The device has high-bandwidth interfaces like a memory controller and a high-speed USB
2.0 digital interface. Integrating low- to mid-speed serials, up to 4-Msps 12-bit ADC, and motion control
peripherals, this design is a unique solution for a variety of applications from industrial communicationequipment to smart energy and smart grid applications.

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System Overview

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図 1 shows a high-level block diagram of the TM4C1294NCPDT microcontroller.
JTAG/SWD
ARM®
Cortex™-M4F

ROM(120MHz)
SystemControl andClocks
(w/ Precis. Osc.)

ETM

FPU

NVIC

MPU

DCode bus

Boot Loader
DriverLib
AES & CRC
Ethernet Boot Loader

Flash(1024KB)

ICode bus
System Bus

TM4C1294NCPDTBus Matrix

SRAM(256KB)

SYSTEM PERIPHERALSDMA

Watchdog
Timer(2 Units)

EEPROM(6K)

Hibernation
ModuleGPIOs(90)

GeneralPurpose
Timer (8 Units)

CRC
ModuleExternal
Peripheral
Interface

Ethernet
MAC/PHY

Advanced Peripheral Bus (APB)

SSI(4 Units)

Advanced High-Performance Bus (AHB)

USB OTG(FS PHYor ULPI)

TamperSERIAL PERIPHERALSUART(8 Units)

I2C(10 Units)
CAN
Controller(2 Units)

ANALOG PERIPHERALS
AnalogComparator(3 Units)

12- Bit ADC(2 Units /20 Channels)

MOTION CONTROL PERIPHERALS
PWM(1 Units /8 Signals)

QEI(1 Units)

図 1. TM4C1294NCPDT Microcontroller High-Level Block Diagram

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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

3

Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

3.1

Getting Started Hardware

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Interfacing the SDRAM-NVM memory to the TM4C1294NCPDT device on an EK-TM4C1294XL
Connected LaunchPad kit requires a daughterboard that can connect to the breadboard connector X11.
3.1.1

SDRAM-NVM Daughtercard
The SDRAM-NVM daughtercard interfaces to the EK-TM4C1294XL Connected LaunchPad kit using the49x2 breadboard connectors. The daughtercard has one jumper (J1) that can be used to select between
the microSD card or the QSSI serial flash. The microSD card uses the legacy SPI mode of the QSSI
module to interface with the microcontroller while the QSSI serial flash uses the advanced mode of the
QSSI module to interface with the microcontroller. 図 2 shows an overview of the connector mounting forthe daughtercard.

Jumper on left sidefor MicroSD card

Jumper on right sidefor QSSI flash

図 2. SDRAM-NVM Connector Mounting

3.2

Getting Started Software
The software for this reference design comes with three codes that you can import in Code Composer
Studio IDE and use as a starting point for your application (for download information, see 5).

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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

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3.2.1

MicroSD Card Boot With SDRAM Code Execution
The MicroSD card boot with SDRAM code uses the internal flash of the TM4C1294NCPDT to hold the
FAT file system and bootloader. The bootloader configures the QSSI modules to run the FAT file system
and EPI to interface to a 512-Mb SDRAM at interface frequency of 60 MHz. You can have multiple images
on an microSD card configured during compile time to execute from an EPI address space of
0x6000 0000. You can select one of the image files that the bootloader copies to the EPI peripheralconnected SDRAM. After the image is copied, the Cortex-M4 disables the interrupts, updates the
NVIC_VTABLE register to map to the external address map, and jumps to the external address space of
0x6000 0000. All subsequent code execution occurs in the external address space until the next board
reset. You must use a PC to copy the images to the microSD Card.

3.2.2

QSSI Serial Flash Boot With SDRAM Code Execution
The QSSI serial flash boot with SDRAM code uses the internal flash of the TM4C1294NCPDT to hold acustom bootloader. The bootloader configures the QSSI modules to read a QSSI flash memory and the
EPI to interface to a 512-Mb SDRAM at an interface frequency of 60 MHz for executing code.
The lowest sector (Sector-0) of QSSI flash memory holds a table indicating the start address, size, andvalidity of an image. The bootloader updates this location when you download the binary file to theexternal QSSI flash memory through UART0. 図 3 shows the structure of the information held in Sector-0
pertaining to an actual application image.

図 3. Sector-0 Information Block Structure

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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

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You can download an image to the QSSI flash memory that has been configured at compile time to
execute from the EPI address space 0x6000 0000. The image is downloaded from a PC or othercontroller. To load a new image to the QSSI flash, press USR_SW1 when powering up or resetting the
LaunchPad kit. This causes the bootloader to enter download mode. If the USR_SW1 is not pressed, thebootloader reads Sector-0 for a valid image pointer and executes the last image available on QSSI flash. If
no valid image pointer is found, the bootloader enters download mode and waits for a new image. During
the execution phase, the bootloader copies the image to the SDRAM memory connected to the EPI
peripheral. When the image finishes copying, the Cortex-M4 disables the interrupts, updates the
NVIC_VTABLE register to map to the external address map, and jumps to the external address space
0x6000 0000. All subsequent code execution occurs in the external address space until the next board
reset. 図 4 shows a flow chart of how the code operates.

図 4. Example Code Program Flow

3.2.3

QSSI Bare Metal CodeThe QSSI bare metal code configures the QSSI module of the TM4C1294NCPDT to perform advanced
and quad mode programing for write operations and advanced-, bi-, and quad-mode for read operations.
For this example, the QSSI serial interface operates at 60 MHz, which demonstrates the maximum
achievable throughput.

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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

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3.3

Test Setup
The test setup is:
1. Import the test project into CCS.
2. Build and compile the project.
3. Download the executable to the EK-TM4C1294XL LaunchPad lit.
4. Execute the test code on the target.
During execution, the test code first erases a 4KB sector and checks to ensure the erase was successful.
If the erase was successful, the test code then performs a program and read operation on the 4KB sector.
After performing the read operation, the test concludes with an erase and erase confirmation of the 4KB
test sector.

3.3.1

Hardware Setup
図 5 shows an overview of the hardware setup. The USB cable on the left side of the EK-TM4C129XL
Connected LaunchPad kit provides power, connects to JTAG, and connects the UART for communication
between a PC terminal window application such as Putty or Tera Term and the hardware. The SDRAMNVM memory extender uses header X11 to connect to the LaunchPad kit.

MicroSD card and
QSSI flash
SDRAM

USB connector for power,
JTAG and UART serial console

Download and install a serial console application (for example, PuTTY, TeraTerm, and so forth), Code Composer
Studio™ IDE v6.0.1 or later, and TivaWare™ for C Series v2.1.0-12573 or later to use this example.

図 5. Full Test Assembly

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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

3.3.2

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Software Setup (microSD Card Boot With SDRAM Code Execution)
1. Download the example software package from TIDM-TM4C129SDRAMNVM. Unzip the software
package.
2. Launch Code Composer Studio IDE v6.0.1 or later → Click Import→ Click CCS Projects→ Click Next.
Browse to the directory with the software examples. Select "ektm4c129_sdcard_bootloader","ektm4c129_sdcard_boot_demo1", and "ektm4c129_sdcard_boot_demo2". Click Finish.

図 6. SD Card Boot Project Import

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3. Build each project. To build a project, right-click on a project. Click Rebuild Project. Ensure the projects
compile free of errors.

Successful build message

図 7. Compiling SD Card Boot Software
4. Copy the bin files from "ektm4c129_sdcard_boot_demo1" and "ektm4c129_sdcard_boot_demo2" to a
microSD card connected to a PC. Insert the microSD card with the copied files into the slot on the
SDRAM-NVM memory extender. Place jumper J1 on the uSDCS side to assert the microSD chip
select.

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5. Press Debug to run the main bootloader, "ektm4c129_sdcard_bootloader", in the TM4C1294NCPDT
flash. Press Play when the code loads. When you will see the prompt for the microSD card on a serial
console, type "help" to see the options. Type "ls" to see the list of files. To select a binary image, type"boot ektm4c129_sdcard_boot_demo1". The uart_echo application will copy and execute from the
SDRAM.

図 8. Serial Console Output For ektm4c129_sdcard_boot_demo1.bin

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Type "boot ektm4c129_sdcard_boot_demo2" to copy and execute the D2 LED blinky application fromthe SDRAM.

図 9. Serial Console Output For ektm4c129_sdcard_boot_demo2.bin
6. To restart the microSD card boot, press reset. The current application does not jump to the microSD
card prompt.

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3.3.3

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1. Download the example software package from TIDM-TM4C129SDRAMNVM. Unzip the software
package.
2. Launch Code Composer Studio v6.0.1 or later → Click Import→ Click CCS Projects→ Click Next.
Browse to the directory with the software examples. Select "ektm4c129_qssi_bootloader","ektm4c129_qssi_boot_demo1", and “ektm4c129_sdcard_boot_demo2”. Click Finish.

図 10. QSSI Example Project Import

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図 11. Compiling the QSSI Software Example

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4. Place jumper J1 on the FLASHCS side. Use the LM Flash programmer to download
ektm4c129_qssi_bootloader to an TM4C1294NCPDT Connected LaunchPad kit that has been erased.
After performing checks for QSSI and SDRAM memory, the bootloader activates UART0 to download
an image to the external QSSI flash. For the setting of the LM flash programmer, see 図 12 and 図 13.)

Select ICDI JTAG

図 12. LM Flash Programmer Main Bootloader Programming - Interface Setting (JTAG)

Program boot loader at 0x0

図 13. LM Flash Programmer Main Bootloader Programming - Options Settings

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5. Using the LM Flash Programmer in serial mode, download ektm4c129_qssi_boot_demo1. Ensure
Disable Auto Baud Support is checked. Select the correct COM port. Ensure the Transfer Size is 64
bytes or less. On the Program Tab, select the Program Address Offset as the start of a sector of QSSIFlash other than Sector-0. (For the setting of the LM Flash Programmer for downloading the demo
code, see 図 14 and 図 15. When the demo code downloads, the LED D3 will start blinking.)

Program QSSI via UART0 with transfer size of 64 bytes

図 14. LM Flash Programmer QSSI Boot Demo1 Programming - Interface Settings (UART)

Program at
any pageincrementof 0x1000

図 15. LM Flash Programmer QSSI Boot Demo 1 Programming - Options (Address Offset)
6. Use USR_SW2 to accelerate the blinking rate and USR_SW1 to reduce the blinking rate.
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Hardware, Software, Testing Requirements, and Test Results

3.3.4

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Software Setup (QSSI Bare Metal Example)
1. Download the example software package from TIDM-TM4C129SDRAMNVM. Unzip the software
package.
2. Launch Code Composer Studio v6.0.1 or later→ Click Import→ Click CCS Projects→ Click Next.
Browse to the directory with the software examples. Select " ektm4c129_qssi_example". Click Finish.

図 16. QSSI Bare Metal Project Import

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Successful build message

図 17. QSSI Bare Metal Compile
4. Ensure the J1 jumper is connected to the FLASHCS side. Press Debug to download"ektm4c129_qssi_example" and load the code into the TM4C1294NCPDT flash. Press Play when thecode has loaded. On the serial console, ensure you see the log file generated for erase, advanced
mode program, quad mode program, advanced mode read, bi-mode read, and quad mode read.

図 18. QSSI Bare Metal Example Serial Console Output

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Design Files

4

Design Files

4.1

Schematics

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To download the schematics for the board, see the design files at TIDM-TM4C129SDRAMNVM.

4.2

Bill of Materials
To download the bill of materials (BOM), see the design files at TIDM-TM4C129SDRAMNVM.

4.3

PCB Layout Recommendations
When performing the layout, make sure that the EPI0S31 (the SDRAM clock pin) has the shortest trace.
To minimize reflections from the shared data and address pins, use a single route from the connector pin
to the address pin or data pin without creating a stub.

4.4

Altium ProjectAltium Designer® project files are not available for this reference design.

4.5

Gerber Files
To download the Gerber files, see the design files at TIDM-TM4C129SDRAMNVM.

4.6

Assembly Drawings
Assembly drawings are not available for this reference design.

5

Software Files
To download the software files, see the design files at TIDM-TM4C129SDRAMNVM.

6

Related Documentation
1. IS42/45R86400D/16320D/32160D 16Mx32, 32Mx16, 64Mx8 512Mb SDRAM data sheet
2. MX66L51235F 3V, 512M-BIT [x 1/x 2/x 4] CMOS MXSMIO® (SERIAL MULTI I/O) FLASH MEMORY
data sheet

6.1

商標
E2E, LaunchPad, Code Composer Studio, TivaWare are trademarks of Texas Instruments.
Altium Designer is a registered trademark of Altium LLC or its affiliated companies.
Arm, Cortex are registered trademarks of Arm Limited.
すべての商標および登録商標はそれぞれの所有者に帰属します。

6.2

Third-Party Products Disclaimer
TI'S PUBLICATION OF INFORMATION REGARDING THIRD-PARTY PRODUCTS OR SERVICES DOESNOT CONSTITUTE AN ENDORSEMENT REGARDING THE SUITABILITY OF SUCH PRODUCTS ORSERVICES OR A WARRANTY, REPRESENTATION OR ENDORSEMENT OF SUCH PRODUCTS ORSERVICES, EITHER ALONE OR IN COMBINATION WITH ANY TI PRODUCT OR SERVICE.

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About the Author

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About the Author
AMIT ASHARA is an application engineer at TI, where he develops applications for the TM4C12x familyof high-performance microcontrollers. Amit brings to this role his extensive experience and expertise inhigh-speed digital and microcontroller system-level design. Amit earned his Bachelor of Engineering (BE)from the University of Pune in India.

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改訂履歴

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改訂履歴
資料番号末尾の英字は改訂を表しています。その改訂履歴は英語版に準じています。
2015年
年4月
月7日
日発行分から2019年
年2月
月1日
日発行分への変更 ...................................................................................................... Page
•
•
•
•
•

20

ドキュメント全体にわたる編集、フォーマット、レイアウトの変更 ........................................................................... 1
Removed link to layout prints (not available)......................................................................................... 18
Removed link to Altium project (not available) ....................................................................................... 18
Removed link to assembly drawings (not available) ................................................................................ 18
Updated related documentation links ................................................................................................. 18

Revision History

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