技术标签: STM32
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硬件平台:正点原子阿波罗stm32f429
STM32控制器芯片内部有一定大小的SRAM及FLASH作为内存和程序存储空间,但当程序较大,内存和程序空间不足时,就需要在STM32芯片的外部扩展存储器了。
STM32F429系列芯片扩展内存时可以选择SRAM和SDRAM,由于SDRAM的"容量/价格"比较高,即使用SDRAM要比SRAM要划算得多。我们以SDRAM为例讲解如何为STM32扩展内存。
给STM32芯片扩展内存与给PC扩展内存的原理是一样的,只是PC上一般以内存条的形式扩展,内存条实质是由多个内存颗粒(即SDRAM芯片)组成的通用标准模块,而STM32直接与SDRAM芯片连接。
该芯片有4个bank,每个bank13行,9列,数据位为16bit,所以整体大小为:4*(2^13)*(2^9)*16=32M。
引脚顺序如下:
SDRAM 的信号线如表 18.1.1.1 所示:
信号线 | 说明 |
CLK | 时钟信号,在该时钟的上升沿采集输入信号 |
CKE | 时钟使能,禁止时钟时, SDRAM 会进入自刷新模式 |
CS# | 片选信号,低电平有效 |
RAS# | 行地址选通信号,低电平时,表示行地址 |
CAS# | 列地址选通信号,低电平时,表示列地址 |
WE# | 写使能信号,低电平有效 |
A0~A12 | 地址线(行/列) |
BS0, BS1 | BANK 地址线 |
DQ0~15 | 数据线 |
LDQM,UDQM | 数据掩码,表示 DQ 的有效部分 |
1、简介:
STM32F429使用FMC外设来管理扩展的存储器,FMC是Flexible Memory Controller的缩写,译为可变存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、SDRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH类型的存储器。在其它系列的STM32控制器中,只有FSMC控制器(Flexible Static Memory Controller),译为可变静态存储控制器,所以它们不能驱动SDRAM这样的动态存储器,因为驱动SDRAM时需要定时刷新,STM32F429的FMC外设才支持该功能,且只支持普通的SDRAM,不支持DDR类型的SDRAM。我们只讲述FMC的SDRAM控制功能。
STM32F429 FMC 接口的 SDRAM控制器,具有如下特点:
两个 SDRAM 存储区域,可独立配置
支持 8 位、 16 位和 32 位数据总线宽度
支持 13 位行地址, 11 位列地址, 4 个内部存储区域: 4x16Mx32bit (256MB)、
4x16Mx16bit(128 MB)、 4x16Mx8bit (64 MB)
支持字、半字和字节访问
自动进行行和存储区域边界管理
多存储区域乒乓访问
可编程时序参数
支持自动刷新操作,可编程刷新速率
自刷新模式
读 FIFO 可缓存,支持 6 行 x32 位深度( 6 x14 位地址标记)/
2、框图
3、引脚对照表
名称 | 引脚 | 引脚号 | 功能 |
FMC_SDNCAS | PG15 | P160 | 列地址选通信号 |
FMC_SDNRAS | PE11 | P59 | 行地址选通信号 |
FMC_SDNE0 | PC2 | P34 | 片选信号SDNE0:SDRAM 存储区域 1 芯片使能 SDNE1:SDRAM 存储区域 2 芯片使能 |
FMC_SDNE1 | PH6 | P83 | |
FMC_BA0 | PG4 | P108 | BANK地址线 |
FMC_BA1 | PG5 | P109 | BANK地址线 |
FMC_SDCLK | PG8 | P112 | 时钟信号 |
FMC_SDCKE0 | PC3 | P35 | 时钟使能信号,SDCKE0:SDRAM 存储区域 1 时钟使能 SDCKE1:SDRAM 存储区域 2 时钟使能 |
FMC_SDCKE1 | PH7 | P84 | |
FMC_NBL0 | PE0 | P169 | 数据掩码 |
FMC_NBL1 | PE1 | P170 | 数据掩码 |
FMC_SDNWE | PC0 | P32 | 写使能信号,低电平有效 |
FMC_D0 | PD14 | P104 | 数据线 |
FMC_D1 | PD15 | P105 | 数据线 |
FMC_D2 | PD0 | P142 | 数据线 |
FMC_D3 | PD1 | P143 | 数据线 |
FMC_D4 | PE7 | P68 | 数据线 |
FMC_D5 | PE8 | P69 | 数据线 |
FMC_D6 | PE9 | P70 | 数据线 |
FMC_D7 | PE10 | P73 | 数据线 |
FMC_D8 | PE11 | P74 | 数据线 |
FMC_D9 | PE12 | P75 | 数据线 |
FMC_D10 | PE13 | P76 | 数据线 |
FMC_D11 | PE14 | P77 | 数据线 |
FMC_D12 | PE15 | P78 | 数据线 |
FMC_D13 | PD8 | P96 | 数据线 |
FMC_D14 | PD9 | P97 | 数据线 |
FMC_D15 | PD10 | P98 | 数据线 |
FMC_A0 | PF0 | P16 | 地址线 |
FMC_A1 | PF1 | P17 | 地址线 |
FMC_A2 | PF2 | P18 | 地址线 |
FMC_A3 | PF3 | P19 | 地址线 |
FMC_A4 | PF4 | P20 | 地址线 |
FMC_A5 | PF5 | P21 | 地址线 |
FMC_A6 | PF12 | P60 | 地址线 |
FMC_A7 | PF13 | P63 | 地址线 |
FMC_A8 | PF14 | P64 | 地址线 |
FMC_A9 | PF15 | P65 | 地址线 |
FMC_A10 | PG0 | P66 | 地址线 |
FMC_A11 | PG1 | P67 | 地址线 |
FMC_A12 | PG2 | P106 | 地址线/4、/4 |
4、时钟控制逻辑
FMC外设挂载在AHB3总线上,时钟信号来自于HCLK(默认180MHz),控制器的时钟输出就是由它分频得到。如SDRAM控制器的FMC_SDCLK引脚输出的时钟,是用于与SDRAM芯片进行同步通讯,它的时钟频率可通过FMC_SDCR1寄存器的SDCLK位配置,可以配置为HCLK的1/2或1/3,也就是说,与SDRAM通讯的同步时钟最高频率为90MHz。
5、FMC的地址映射
FMC连接好外部的存储器并初始化后,就可以直接通过访问地址来读写数据,这种地址访问与I2C EEPROM、SPI FLASH的不一样,后两种方式都需要控制I2C或SPI总线给存储器发送地址,然后获取数据;在程序里,这个地址和数据都需要分开使用不同的变量存储,并且访问时还需要使用代码控制发送读写命令。而使用FMC外接存储器时,其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的;在程序里,定义一个指向这些地址的指针,然后就可以通过指针直接修改该存储单元的内容,FMC外设会自动完成数据访问过程,读写命令之类的操作不需要程序控制。FMC的地址映射见图 2614。
图 2614 FMC的地址映射
图中左侧的是Cortex-M4内核的存储空间分配,右侧是STM32 FMC外设的地址映射。可以看到FMC的NOR/PSRAM/SRAM/NAND FLASH以及PC卡的地址都在External RAM地址空间内,而SDRAM的地址是分配到External device区域的。正是因为存在这样的地址映射,使得访问FMC控制的存储器时,就跟访问STM32的片上外设寄存器一样(片上外设的地址映射即图中左侧的"Peripheral"区域)。
以上配置主要通过查阅从W9825G6KH数据手册进行确定:
1.从W9825G6KH数据手册中可得知Row Address:A0-A12,共13bits; Column Address:A0-A8,共9bits.
2.CAS latency从W9825G6KH数据手册的目录页就可以看出
3.禁止写保护 并 使能突发读模式提高读效率
4.SDRAM common clock:
SDRAM有4个bank, 在切换bank时,SDRAM需要延迟一定时间, SDRAM common clock就是用于配置该时间.在SDRAM手册中
对应= 2 tick , 所以该值配置为2.
5.SDRAM common read pipe delay: CAS 延迟后延后多少个 HCLK 时钟周期读取数据
6.时序配置
在stm32f4的数据手册有这么一句话"SDRAM clock can be HCLK/2 or HCLK/3" ,所以SDRAM的时钟最大为216/2=108MHz,所以对于SDRAM而言, 1tick = 9.26ns
(tips: 按道理SDRAM common row cycle delay 与 Row to Column delay 可以最小设置为2的, 但是在实际使用中发现配置为2时SDRAM并不能正常工作, 经过试验这两个参数可设置为6 )
使用指针的方式访问SDRAM存储器
完成初始化SDRAM后,我们就可以利用它存储数据了,由于SDRAM的存储空间是被映射到内核的寻址区域的,我们可以通过映射的地址直接访问SDRAM,访问这些地址时,FMC外设自动读写SDRAM,程序上无需额外操作。
通过地址访问内存,最直接的方式就是使用C语言的指针方式了,见代码清单 269。
代码清单 269 使用指针的方式访问SDRAM
1 /*SDRAM起始地址存储空间2的起始地址*/
2 #define SDRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0xD0000000)
3 /*SDRAM大小,8M字节*/
4 #define IS42S16400J_SIZE 0x800000
5
6 uint32_t temp;
7
8 /*向SDRAM写入8位数据*/
9 *( uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR ) = (uint8_t)0xAA;
10 /*从SDRAM读取数据*/
11 temp = *( uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR );
12
13 /*写/读 16位数据*/
14 *( uint16_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+10 ) = (uint16_t)0xBBBB;
15 temp = *( uint16_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+10 );
16
17 /*写/读 32位数据*/
18 *( uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+20 ) = (uint32_t)0xCCCCCCCC;
19 temp = *( uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+20 );
为方便使用,代码中首先定义了宏SDRAM_BANK_ADDR表示SDRAM的起始地址,该地址即FMC映射的存储区域2的首地址;宏IS42S16400J_SIZE表示SDRAM的大小,所以从地址(SDRAM_BANK_ADDR)到(SDRAM_BANK_ADDR+IS42S16400J_SIZE)都表示在SDRAM的存储空间,访问这些地址,直接就能访问SDRAM。
配合这些宏,使用指针的强制转换以及取指针操作即可读写SDRAM的数据,使用上跟普通的变量无异。
直接指定变量存储到SDRAM空间
每次存取数据都使用指针来访问太麻烦了,为了简化操作,可以直接指定变量存储到SDRAM空间,见代码清单 2610。
代码清单 2610 直接指定变量地址的方式访问SDRAM
1 /*SDRAM起始地址存储空间2的起始地址*/
2 #define SDRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0xD0000000)
3 /*绝对定位方式访问SDRAM,这种方式必须定义成全局变量*/
4 uint8_t testValue __attribute__((at(SDRAM_BANK_ADDR)));
5 testValue = 0xDD;
这种方式使用关键字"__attribute__((at()))"来指定变量的地址,代码中指定testValue存储到SDRAM的起始地址,从而实现把变量存储到SDRAM上。要注意使用这种方法定义变量时,必须在函数外把它定义成全局变量,才可以存储到指定地址上。
更常见的是利用这种方法定义一个很大的数组,整个数组都指定到SDRAM地址上,然后就像使用malloc函数一样,用户自定义一些内存管理函数,动态地使用SDRAM的内存,我们在使用emWin写GUI应用的时候就是这样做的。
在本书的《MDK编译过程及文件类型全解》章节将会讲解使用更简单的方法从SDRAM中分配变量,以及使用C语言标准库的malloc函数来分配SDRAM的空间,更有效地进行内存管理。
1.Cube配置缺少一个配置命令模式寄存器的函数,用来配置初始化序列
2.Cube配置缺少设定刷新定时器的函数,用来设置自动刷新时间
3.Cube配置缺少LDQM和UDQM2个引脚,对应FMC_NBL0和FMC_NBL1,即PE0和PE1,可分别控制数据高8位和低8位是否有效,自己添加,设置为复用FMC就行,高低电平不用自己操作,HAL库里面有程序操作。
https://blog.csdn.net/flyleaf91/article/details/52325516
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