STM32硬件基础--FMC读写片外SDRAM

只看该作者 · 2020-6-26 09:07

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在前一篇**《STM32硬件基础--FSMC》中讨论了FSMC的基本用法，今天来说说FMC。虽然跟FSMC相比，FMC只是少了一个S，但应用难度可是大大增加了。对于连接片外RAM而言，FSMC接的是静态RAM，FMC接的是动态RAM，而控制动态RAM要复杂得多。举个例子：动态RAM需要不停地（周期性的）刷新，否则RAM中的数据就会丢失，这就产生了“管理”问题，如果用一个MCU来连接DRAM，二者之间交换的就不只是数据（SRAM就是如此）那么简单了，还包含有控制信息。这样，DRAM中除了存储数据的单元，还需要有寄存器（模式寄存器，后面将详述）、还得有个对DRAM的“初始化”过程！这么复杂，为什么还要用DRAM呢？用SRAM不就行了吗？DRAM容量大、便宜呀！所以，PC上那几个G的内存条，都是动态RAM类型的。

作者：海东青电子
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只看该作者 · 2020-6-26 09:07

STM32F746G-DISCO 板子上使用的是MICRON（美光）公司的 MT48LC4M32B2B5-6A SDRAM芯片。SDRAM，同步的动态RAM的意思。同步，就是需要一个片外时钟CLK信号，所有的读写操作都是跟着这个时钟信号走的，这就叫作“同步”。无疑，SDRAM 是本文中的男一号，是讨论的核心。我们的任务就是如何通过MCU来正确读写SDRAM中的数据。

只看该作者 · 2020-6-26 09:09

遗憾的是，SDRAM所涉及的技术比较复杂，需要先了解一些SDRAM技术规范，推荐2个背景资料：

1、《高手进阶,终极内存技术指南》，讲解动态RAM的经典之作，初学者必看。了解基本概念即可。

2、《FMC—扩展外部 SDRAM》，一般性地介绍了SDRAM的基础知识，讲的比较清楚。（向技术博客的原作者致谢！）

只看该作者 · 2020-6-26 09:10

上面这些背景资料只需要了解基本概念即可，下面将针对 STM32F746G-DISCO 板子一步步地说明驱动片外SDRAM的方法，包括：

1）使用STM32CUBEMX配置FMC；

2）初始化片外SDRAM；

3）周期性地刷新SDRAM；

4）写代码，通过指针、数组的方式读写片外RAM。

【完整的代码可从此处下载：STM32的FMC例程】

只看该作者 · 2020-6-26 09:11

为了配置FMC，我们先采取一个偷懒的办法：对于ST官方的开发板，CUBEMX是可以自动配置板子上所有IP资源的，我们重点关心的是有关FMC的参数配置。新建一个CUBEMX项目，选择 STM32F746G-DISCO 板子：

只看该作者 · 2020-6-26 09:14

弹出一个对话框，询问是否初始化板子上的所有硬件资源，选 Yes ：

只看该作者 · 2020-6-26 09:15

找到 FMC 项目，CUBEMX自动配置的参数如下：

只看该作者 · 2020-6-26 09:15

赶紧拿个小本子把这些参数记录下来！一会儿我们自己配置FMC时，就要用到这些参数。顺便多说一句，看看上图中FMC的GPIO配置：

注意图五中的PC3这个pin，后面会说到它的问题，这里先卖个关子。

只看该作者 · 2020-6-26 09:16

结合F746的芯片参考手册，来重点看看图四中的那些参数。FMC的结构如下：

只看该作者 · 2020-6-26 09:17

图中可以看到，FMC包含了FSMC的功能，此外还支持SDRAM。对于SDRAM，支持2个“Bank”，这是2个物理Bank的意思，可以理解为FMC支持连接2个SDRAM芯片，MCU通过不同的片选信号SDNE0和SDNE1来选择具体使用哪个片外RAM：

只看该作者 · 2020-6-26 09:18

我们板子上只有一个SDRAM芯片，它连接的是FMC的Bank1呢，还是Bank2呢？打开 STM32F746G-DISCO 板子的原理图找答案：

只看该作者 · 2020-6-26 09:18

显然，使用的是SDNE0，那就是FMC的Bank1无疑了，图七中显示这个Bank内存的起始地址是 0xC000 0000 。这样，在图四的CUBEMX配置界面中，我们应选择的是 SDRAM 1（即Bank1），以及 SDCKE0+SDNE0。但，图四中的 Internal bank number 为什么要选 4 banks 呢？这是说SDRAM芯片的规格是内部有4个bank（即《高手进阶,终极内存技术指南》中说的L-BANK），打开芯片 MT48LC4M32B2 的文档：

只看该作者 · 2020-6-26 09:19

可见，内部是4个Bank，并且行地址为12-bit，列地址为8-bit，所以图四中的Address要设置成12bit。图四中的 Data 选项（在这里应该是FMC数据宽度的意思）需要特别说明一下：MT48LC4M32B2是32位宽的（一次可以读/写32-bit数据），这里为什么配置成了 16 bit 呢？再来看看开发板的原理图（上面图十），高16位数据线DQ16-DQ31接地、没有用到！---- 把这个SDRAM当16-bit的芯片来使用了（那不是浪费了一半的存储容量？确实如此！）。这是因为，STM32F746G-DISCO 板子跑 touchgfx 应用时，只支持16位色，所以16-bit的位宽够用了（对应的，编程时使用 uint16_t 的数据类型）。

只看该作者 · 2020-6-26 09:20

再看图四下方的参数，重点讨论一下 CAS latency（SDRAM规范文档中的标识符为：CL），SDRAM文档中称为“读取潜伏期”，具体到 MT48LC4M32B2 这个芯片，CAS latency 的取值范围是这样规定的：

只看该作者 · 2020-6-26 09:20

CL不能小于18ns，换算成SDRAM的CLK是多少呢？首先要看一下CUBEMX中配置的时钟频率：

只看该作者 · 2020-6-26 09:21

MCU的HCLK配置成了200MHz，图四中，SDRAM的CLK是HCLK/2（SDRAM common clock 为 2 HCLK clock cycles），即 100MHz，一个CLK是 1/100MHz == 10ns，即CL要大于1.8个CLK，取整后最小值为2。CUBEMX把CL配置成3是放了一些余量。

只看该作者 · 2020-6-26 09:21

图四最下面是SDRAM时序的参数，这里暂时先跳过，我们先按CUBEMX的参数，照猫画虎，自己动手配置FMC。新建一个CUBEMX项目，这次我们不选开发板、而是按选择芯片的方式新建项目：

只看该作者 · 2020-6-26 09:22

为了方便调试，配置板子上的LED（PI口的PIN1）：

只看该作者 · 2020-6-26 09:23

重点是FMC：

只看该作者 · 2020-6-26 09:23

重要的问题来了：我们来看看CUBEMX为FMC自动分配的IO管脚：