STM32学习笔记-FSMC外扩SRAM

只看该作者 · 2023-6-28 00:53

一、常用存储器介绍1、存储器的种类

存储器的种类：存储器是计算机结构的重要组成部分。存储器是用来存储程序代码和数据的部件，有了存储器计算机才具有**功能

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2、RAM存储器
RAM：RAM是“Random Access
Memory”的缩写，被译为随机存储器。所谓“随机存取”，指的是当存储器中的消息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。这个词的由来是因为早期计算机曾使用磁鼓作为存储器，磁鼓是顺序读写设备，而RAM可随读取其内部任意地址的数据，时间都是相同的，因此得名。

实际上现在RAM已经专门用于指代作为计算机内存的易失性半导体存储器。

根据RAM的存储机制，又分为动态随机存储器DRAM(Dynamic RAM)以及静态随机存储器SRAM(Static RAM)两种。

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2.1、DRAM的存储器
DRAM的存储单元结构：
动态随机存储器DRAM(Dynamic RAM)

动态刷新
动态随机存储器 DRAM的存储单元以电容的电荷来表示数据，有电荷代表 1，无电荷代表 0，，代表 1 的电容会放电，代表 0的电容会吸收电荷，因此它需要定期刷新操作，这就是“动态(Dynamic)”

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DRAM以电容的电荷来表示数据

同步和异步DRAM：
根据 DRAM的通讯方式，又分为同步和异步两种，这两种方式根据通讯时是否需要使用时钟信号来区分。
由于使用时钟同步的通讯速度更快，所以同步 DRAM 使用更为广泛，这种 DRAM 被称为SDRAM(Synchronous DRAM)。常见的DRAN大多是SDRAM

同步通信时序图

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DDR SDRAM
为了进一步提高 SDRAM的通讯速度，人们设计了 DDR SDRAM (Double DataRate SDRAM)存储器。DDR SDRAM在时钟的上升沿及下降沿各表示一个数据，也就是说在 1 个时钟周期内可以表示 2数据，在时钟频率同样的情况下，提高了一倍的速度
DDRII和 DDRIII，它们的通讯方式并没有区别主要是通讯同步时钟的频率提高了。

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2.2、SRAM的存储器
SRAM的存储单元结构
静态随机存储器 SRAM的存储单元以锁存器来存储数据，见图。这种电路结构不需要定时刷新充电，就能保持状态(当然，如果断电了，数据还是会丢失的)，所以这种存储器被称为“静态(Static)”RAM。

同样地，SRAM 根据其通讯方式也分为同步SRAM和异步 SRAM，相对来说，异步SRAM用得较多。

SRAM以锁存器来存储数据

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2.3、DRAM与SRAM的应用场合
DRAM和SRAM的特性对比：

注：所以在实际应用场合中，SRAM 一般只用于 CPU 内部的高速缓存(Cache)，而外部扩展的内存一般使用 DRAM。

只看该作者 · 2023-6-28 02:03

3、非易失性存储器
非易失性存储器种类非常多，半导体类的有 ROM 和 FLASH，而其它的则包括光盘、软盘及机械硬盘。

ROM存储器
ROM是“Read Only Memory”的缩写，意为只能读的存储器。由于技术的发展，后来设计出了可以方便写入数据的ROM，而这个“Read Only Memory”的名称被沿用下来了，现在一般用于指代非易失性半导体存储器，包括后面介绍的FLASH存储器，有些人也把它归到ROM类里边。

只看该作者 · 2023-6-28 02:04

FLASH存储器
FLASH存储器又称为闪存，它也是可重复擦写的储器，部分书籍会把FLASH存储器称为FLASH ROM，但它的容量一般比EEPROM大得多，且在擦除时，一般以多个字节为单位。

根据存储单元电路的不同，FLASH存储器又分为NOR FLASH和NAND FLASH

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二、SRAM控制原理
1、SRAM简介
STM32与SRAM：
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。STM32F407系列芯片可以扩展外部SRAM用作内存。
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，而且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扩展时，直接与SRAM芯片连接。

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IS61LV25616SRAM外观：

IS61LV25616的特点：
高速访问时间：8，10，12，15ns
容量：256K * 16bit

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2、SRAM内部框图分析

1、地址数据接口 2、存储矩阵 3、控制电路

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2.1、SRAM信号线

SRAM的控制比较简单，只要控制信号线使能了访问，从地址线输入要访问的地址，即可从I/O数据线写入或读出数据。

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2.2、SRAM的存储矩阵
SRAM存储矩阵
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而这样的表则被称为存储矩阵。
数据访问
当选中一个数据单元后，可以通过UB#或 LB#其中一个设置为低电平，I/O会对应输出该地址的高 8位和低 8位数据，因此它们被称为数据掩码信号。

只看该作者 · 2023-6-28 02:09

2.3、SRAM的控制电路
控制电路主要包含了片选、读写使能以及上面提到的宽度控制信号UB#和LB#。利用CE#片选信号，可以把多个SRAM芯片组成一个大容量的内存条。OE#和WE#可以控制读写使能，防止误操作。

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2.4、SRAM的读时序

重点时序：

读周期时间(tRC)
地址建立时间(tAA)
OE建立时间(tDOE)

只看该作者 · 2023-6-28 02:10

2.5、SRAM的写时序

重点时序：

写周期时间(tWC)
地址建立时间(tSA)
WE脉宽(tPWE)

只看该作者 · 2023-6-28 02:11

3、SRAM的读写流程
读写时序的流程很类似，过程如下：
(1) 主机使用地址信号线发出要访问的存储器目标地址；
(2) 控制片选信号CE#使能存储器芯片；
(3) 若是要进行读操作，则控制读使能信号OE#表示要读数据，若进行写操作则控制写使能信号WE#表示要写数据；
(4) 使用掩码信号LB#与UB#指示要访问目标地址的高、低字节部分；
(5) 若是读取过程，存储器会通过数据线向主机输出目标数据，若是写入过程，主要使用数据线向存储器传输目标数据。

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三、STM32-FSMC控制器介绍
1、FMSC控制器简介
STM32F4系列芯片使用FSMC外设来管理扩展的存储器，FSMC是Flexible Static Memory Controller的缩写，译为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，不能驱动如SDRAM这种动态的存储器。而在STM32F429系列的控制器中，它具有FMC外设，支持控制SDRAM存储器。

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2、FSMC控制器框图分析

1、通讯引脚 2、存储器控制器 3、时钟控制逻辑