stm32扩展外部SRAM总结

只看该作者 · 2020-5-10 10:44

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折腾过电脑的朋友都知道，当电脑运行比较卡的时候，我们可以通过给电脑加装内存条来改善电脑的性能。那么号称微型计算机的单片机能不能像电脑一样加装内存条呢？装内存条倒是不行，但是我们可以给单片机外加和内存条效果一样的SRAM来提升单片机的性能。下面以STM32F407ZGT6单片机来讲解一下来扩展外部SRAM。

作者：沙子硅
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来源：简书
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只看该作者 · 2020-5-10 10:44

原理：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SRAM芯片)组成的通用标准模块，而STM32直接与SRAM芯片连接。

只看该作者 · 2020-5-10 10:46

从上面的图片中我们可以看到，ARM芯片的下面就是我们今天的主角SRAM，具体型号为IS62WV51216。

黑黢黢的芯片我们也看不出什么东西来，下面就来看一看IS62WV51216的管脚图吧。

只看该作者 · 2020-5-10 10:46

哇！这么居然这么多管脚！别着急，下面我们来慢慢分析这些管脚。

除开基本的电源和地线，IS62WV51216的管脚大概可以这么来分类：

只看该作者 · 2020-5-10 10:47

看吧！这样一分类，是不是就没有那么恐怖啦。

所以IS62WV51216的管脚总的来说大致分为：电源线、地线、地址线、数据线、片选线、写使能端、读使能端和数据掩码信号线。

从这个图中我们可以看出IS62WV51216有19根地址线和16根数据线，从这些数据中我们可以分析出IS62WV51216的存储大小为1M，那么这个1M是怎么分析出来的呢？

只看该作者 · 2020-5-10 10:47

我们得来说说IS62WV51216的存储原理。
首先，我们来谈一谈一般的SRAM的存储原理：

只看该作者 · 2020-5-10 10:48

sram的存储模型我们可以用矩阵来说明：

SRAM内部包含的存储阵列，可以把它理解成一张表格，数据就填在这张表格上。和表格查找一样，指定一个行地址和列地址，就可以精确地找到目标单元格，这是SRAM芯片寻址的基本原理。这样的每个单元格被称为存储单元，而这样的表则被称为存储矩阵。地址译码器把N根地址线转换成2的N次方根信号线，每根信号线对应一行或一列存储单元，通过地址线找到具体的存储单元，实现寻址。如果存储阵列比较大，地址线会分成行和列地址，或者行、列分时复用同一地址总线，访问数据寻址时先用地址线传输行地址再传输列地址。

只看该作者 · 2020-5-10 10:48

但是呢？你会发现，这个原理好像不太适用于IS62WV51216，为什么呢？

其实不然，因为我们使用的SRAM比较小，IS62WV51216没有列地址线。它只有19根行地址线，那么，我们就可以这么来解释：IS62WV51216有16根数据线，也就是说它的数据宽度为16位，一个行地址也就对应16位，即2字节空间。好，那现在来计算一下IS62WV51216有多少个行地址。2的19次方等于512K，在512K的基础之上在乘我们之前计算的2字节，不正好是1024K，也就是1M吗？1M后面的单位是B，即Byte，而不是Bit哦。

只看该作者 · 2020-5-10 10:49

这样的话你就会发现IS62WV51216这个名字中本身就包含了大量的信息：IS62WV51216共有512K个行地址，数据宽度为16位，再加以计算就可以得到它的存储大小为1M啦，有趣吧！

SRAM的大致原理我们讲完了，但是SRAM到底在stm32中到底是怎么被使用的呢？

只看该作者 · 2020-5-10 10:49

下面，一位大神即将登场，FSMC。
STM32F407系列芯片使用FSMC外设来管理扩展的存储器

FSMC是Flexible StaticMemory Controller的缩写，就是灵活的静态存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH类型的存储器

其他我们不用管，从上面我们可以总结的是，stm32雇佣FSMC这个管家来管理我们的IS62WV51216。

只看该作者 · 2020-5-10 10:50

来来来，我们来看看FSMC的庐山真面目：

只看该作者 · 2020-5-10 10:50

蒙了吧！又是这么多信号线，不要怕，我们还是来总结归纳一下。

我们FSMC控制SRAM为例来说明：

只看该作者 · 2020-5-10 10:51

你会发现居然和SRAM中的线居然高度统一（那是当然喏，我们就是讲的FSMC嘛！）

只看该作者 · 2020-5-10 10:51

1.FSMC_NBL[1:0]分别对应于LB#、UB#，有什么用呢？提供数据掩码信号。具体是怎么回事呢？

还记得前面提到的行地址线吗？一根行地址线对应16位的数据，我们可以把16位的数据分为高字节和低字节。当要访问宽度为16位的数据时，使用行地址线指出地址，然后把UB#和LB#线都设置为低电平（FSMC_NBL0和FSMC_NBL1为低电平），那么I/O0-I/O15线（FSMC_D0到FSMC_D15）都有效，它们一起输出该地址的16位数据(或者接收16位数据到该地址)；当要访问宽度为8位的数据时，使用行地址线指出地址，然后把UB#（FSMC_NBL0）设置为低电平，I/O8-I/O15（FSMC_D8到FSMC_D15）会对应输出该地址的高8位，I/O0-I/O7的信号无效（或者把LB#（FSMC_NBL1）设置为低电平，I/O0-I/O7（FSMC_D0到FSMC_D7）会对应输出该地址的低8位，I/O8-I/O15的信号无效。这样是不是有一部分信号没有用呢？好像被掩盖了。因此它们被称为数据掩码信号。

只看该作者 · 2020-5-10 10:53

2.FSMC_NE[1:4]是个很有趣的东西，它决定了FSMC可以控制多个存储器。

这里就要提及FSMC的地址映射啦！

只看该作者 · 2020-5-10 10:54

首先，有一点我们必须明白，对于32位的stm32单片机来说，它能够管理的地址大小为4GB，而stm32将4GB的地址空间中的0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给外部内存，所以这1GB的空间就成了我们的小天地，供我们自由玩耍。

只看该作者 · 2020-5-10 10:54

然后强势的FSMC就接管了这1GB的空间，FSMC将图中的1GB大小的External RAM存储区域分成了4个Bank区域，每个Bank对应于stm32内部寻址空间的不同地址范围。那么为什么要分为不同的Bank区域呢？因为不同的Bank可以来管理不同的外部存储设备，比如NOR Flash及SRAM存储器只能使用Bank1的地址，NAND Flash存储器只能使用Bank2和Bank3的地址,等。

只看该作者 · 2020-5-10 10:55

细心的你肯定还会发现，每个Bnak中居然还有4x64MB这种文字，这是什么意思呢？

Bank内部的256MB空间又被分成4个小块，每块64M，各自有相应的控制引脚用于连接片选信号。以Bank1为例，见下图：

只看该作者 · 2020-5-10 10:55

OK！重点来了！
刚刚前面提到的FSMC_NE[4:1]信号线就分别对应图中的FSMC bank1 NOR/PSRAM4到FSMC bank1 NOR/PSRAM1。当STM32访问0x6C000000-0x6FFFFFFF地址空间时，会访问到Bank1的第3小块区域：FSMC bank1 NOR/PSRAM3相应的FSMC_NE3信号线会输出控制信号（即片选信号），如果这个时候FSMC_NE3处刚好接上IS62WV51216的CS端，那么IS62WV51216就可以任由我们摆布啦。

只看该作者 · 2020-5-10 10:56

因此，对于你使用IS62WV51216来说，一定要注意你的CS端是接的FSMC的哪个FSMC_NE端，这决定你在程序访问哪个地址范围。