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[研电赛技术支持] 【GD32F303红枫派使用手册】第二十五讲 EXMC-外部SRAM读写实验

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 楼主| 聚沃科技 发表于 2024-6-25 09:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
EXMC, 读写, SRAM, RAM, GD32F303
红枫派首图.png
25.1 实验内容
通过本实验主要学习以下内容：
• EXMC外设原理和配置
• EXMC NOR/SRAM模式介绍
• 外部SRAM接口时序和操作方式
25.2 实验原理
MCU的片内SRAM空间有限，在做一些大量数据处理、GUI显示等应用中片内SRAM容量无法满足应用需求，而外部SRAM器件读写速度快，不需要自刷新，工作稳定，是性能最优的外扩RAM选择之一。MCU通过EXMC接口可以实现外部SRAM的接口通信协议，同时可映射到内部地址实现和内部ram相同的操作方式。
25.2.1 EXMC外设原理
EXMC是MCU的外部存储控制器，可以配置实现各类片外设备的通信协议，包括SRAM、PSRAM、NOR FLASH、NAND FLASH等，也可以通过配置实现一些其他通信协议，如8080接口的LCD驱动、FPGA通信等，可灵活的实现很多异步同步信号输入输出，时序时间可配置。更重要的是EXMC可通过地址映射方式实现MCU内部总线协议到外部器件通信的转换，实现高效的数据读取和输出能力。
• EXMC系统架构如下图所示，外部SRAM使用NOR-Flash/PSRAM控制器实现通信协议，使用NWE、NOE、EXMC_Dx、EXMC_Ax、EXMC_NBLx、EXMC_NEx引脚和SRAM器件进行连接。
图片9.png
EXMC根据不同存储器类型，对应有4个BANK，每个BANK各256MB占用了不同地址空间。访问对应BANK区的地址时EXMC会自动按对应改区存储类型的时序和配置进行通信。
图片10.png
25.2.2 EXMC NOR/SRAM模式介绍
如SRAM/NOR类型对应区域为BANK0总计256MB空间。而BANK0其中有分了4个Regions各64MB，每个Regions分别对应NE0——NE4引脚连接的器件，可以连接4个64MB SRAM就可以组成256MB的连续SRAM地址空间，也可以连接4个NOR或者2个NOR和2个SRAM的组合方式。
图片11.png
• 访问外部SRAM时，采用了EXMC SRAM异步访问模式A，读写开始时NE先拉低，接着地址先建立并保持，同时其他信号根据当前访问方向等进行信号对应输出，接下来MCU或器件输出数据信号建立，在输出使能的边沿进行采样，读写结束NE拉高。读写信号时序如下图：
图片12.png
在这个时序过程中，很多参数可以进行配置调节，其中主要是地址建立和保持、数据建立的参数，一般根据速率要求、硬件信号斜率限制来平衡这个参数，目标为达到一个满足稳定性的最高速率参数。相关参数如下表所示：
图片13.png
25.2.3 外部SRAM器件原理
sram存储模型可以使用下图说明：
图片14.png
SRAM内部包含的存储阵列，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BIT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。
在外部SRAM上，列地址对应了数据宽度，如例程所用的IS62WV51216BLL为16位宽度，故而行地址范围是19，对应了IS62WV51216BLL的A0-A19引脚，主控芯片通过A0-A19引脚即可实现对行地址进行寻址访问到对应的16BIT数据。
如下图所示为外部SRAM接口信号，主控通过特定接口按时序即可时序地址发送、数据发送和读取，实现对指定地址数据的读写。
图片15.png
25.3 硬件设计
如下是IS62WV51216BLL的原理图设计，MCU通过EXMC相关对应接口连接到SRAM。
图片16.png
• SRAM作为敏感器件，需要保证电源的稳定、减少噪声，串接了磁珠后供电，同时对sram的vdd引脚必须就近放置0.1uf去耦电容，若整个系统中存在较多其他负载，可以再增加较大电容稳定电源。
• SRAM的CS引脚通过MCU EXMC_NEx引脚控制，由于片选信号较为关键，避免MCU在EXMC多器件时悬空信号不稳定导致误操作，需要增加上拉电阻；在这里，上拉电阻应当靠近SRAM放置，减少连接回路上的耦合干扰。
25.4 代码解析
EXMC在初始化后，基本上通过程序的地址映射就可以进行操作了，需要根据外部器件的要求进行exmc相关参数配置，exmc可配置参数有很多，但选定好一个模式后实际在这个模式下需要配置的参数是有限的，一些结构体成员只需要按默认参数配置即可。
25.4.1 EXMC SRAM模式初始化
• 在sram访问时，可能会调整的exmc参数如下：
图片17.png
• 其中数据建立、地址建立、地址保持三个参数尤其关键，影响到最终的速率以及稳定性，需要根据器件、电路设计、PCB设计、信号测试综合来调试选取合适的值；其单位为AHB CLK。
图片18.png
• 整个SRAM配置过程主要包含：GPIO和EXMC外设接口时钟、GPIO配置、EXMC相关参数配置，完整代码如下：
复制
  1. C
    

  2. /*!
    

  3. * 说明     emxc nor/sram模式初始化
    

  4. * 输入[1]  norsram_region: @EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION1/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION2/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION3
    

  5. * 返回值   无
    

  6. */
    

  7. void driver_exmc_sram_init(uint32_t norsram_region)
    

  8. {
    

  9.     exmc_norsram_parameter_struct nor_init_struct;
    

  10.     exmc_norsram_timing_parameter_struct nor_timing_init_struct;
    


  11. 

  12.     /* EXMC clock enable */
    

  13.     rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC);
    


  14. 

  15.     /* EXMC enable */
    

  16.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    

  17.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
    

  18.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
    

  19.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOF);
    

  20.     rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOG);
    


  21. 

  22.     /* configure EXMC_D[0~15]*/
    

  23.     /* PD14(EXMC_D0), PD15(EXMC_D1),PD0(EXMC_D2), PD1(EXMC_D3), PD8(EXMC_D13), PD9(EXMC_D14), PD10(EXMC_D15) */
    

  24.     gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1| GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
    

  25.                                                          GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    


  26. 

  27.     /* PE7(EXMC_D4), PE8(EXMC_D5), PE9(EXMC_D6), PE10(EXMC_D7), PE11(EXMC_D8), PE12(EXMC_D9), 
    

  28.        PE13(EXMC_D10), PE14(EXMC_D11), PE15(EXMC_D12) */
    

  29.     gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | 
    

  30.                                                          GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | 
    

  31.                                                          GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    

  32.                                                              
    


  33. 

  34.     /* configure NBL0(PE0) and NBL1(PE1) */
    

  35.     gpio_init(GPIOG, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);
    

  36.     
    

  37.     /* configure NBL0(PE0) and NBL1(PE1) */
    

  38.     gpio_init(GPIOF, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);
    

  39.     
    

  40.     exmc_norsram_struct_para_init(&nor_init_struct);
    

  41.     
    

  42.     /* config timing parameter */
    

  43.     nor_timing_init_struct.asyn_access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_A;
    

  44.     nor_timing_init_struct.syn_data_latency = EXMC_DATALAT_2_CLK;
    

  45.     nor_timing_init_struct.syn_clk_division = EXMC_SYN_CLOCK_RATIO_2_CLK;
    

  46.     nor_timing_init_struct.bus_latency = 0;
    

  47.     nor_timing_init_struct.asyn_data_setuptime = 8;
    

  48.     nor_timing_init_struct.asyn_address_holdtime = 8;
    

  49.     nor_timing_init_struct.asyn_address_setuptime = 8;
    


  50. 

  51.     /* config EXMC bus parameters */
    

  52.     nor_init_struct.norsram_region = norsram_region;
    

  53.     nor_init_struct.write_mode = EXMC_ASYN_WRITE;
    

  54.     nor_init_struct.extended_mode = DISABLE;
    

  55.     nor_init_struct.asyn_wait = DISABLE;
    

  56.     nor_init_struct.nwait_signal = DISABLE;
    

  57.     nor_init_struct.memory_write = ENABLE;
    

  58.     nor_init_struct.nwait_config = EXMC_NWAIT_CONFIG_BEFORE;
    

  59.     nor_init_struct.wrap_burst_mode = DISABLE;
    

  60.     nor_init_struct.nwait_polarity = EXMC_NWAIT_POLARITY_LOW;
    

  61.     nor_init_struct.burst_mode = DISABLE;
    

  62.     nor_init_struct.databus_width = EXMC_NOR_DATABUS_WIDTH_16B;
    

  63.     nor_init_struct.memory_type = EXMC_MEMORY_TYPE_SRAM;
    

  64.     nor_init_struct.address_data_mux = DISABLE;
    

  65.     nor_init_struct.read_write_timing = &nor_timing_init_struct;
    

  66.     nor_init_struct.write_timing = &nor_timing_init_struct;
    

  67.     exmc_norsram_init(&nor_init_struct);
    


  68. 

  69.     /* enable the EXMC bank0 NORSRAM */
    

  70.     exmc_norsram_enable(norsram_region);   
    

  71. }
25.4.2 初始化调用
• 红枫派开发板中SRAM的CS连接引脚为EXMC_NE0引脚，故而对应EXMC BANK0 Region0区，调用初始化时我们传入参数EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0即可。
复制
  1. C
    

  2.     //初始化exmc norsram region0
    

  3.     driver_exmc_norsram_init(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0);
25.4.3 地址映射访问方式
• 初始化好后EXMC BANK0 Region0区的地址可以理解就和外部SRAM形成了映射关系，读写这些地址时EXMC会先拉低NE0选择SRAM进行通信和交互；
￮ exmc驱动的头文件中定义好了BANK的4个Region地址，我们对Region0地址读写即可实现外部SRAM的数据读写。
图片19.png
￮ 同样我们也可以直接在编译器里定义外部sram地址范围，直接让编译器把定义的变量和数组放在外部sram中，我们不用再关心其具体地址；但我们需要在main函数之前初始化好exmc，可以在启动文件中调用exmc初始化。
图片20.png
图片21.png
25.4.4 main函数设计
mian函数中通过指针方式以8位、16位、32位写并读取校验了外部SRAM数据
复制
  1. C
    

  2. int main(void)
    

  3. {    
    

  4.     uint32_t writereadstatus = 0;    
    

  5.     
    

  6.     //延时和公共驱动部分初始化
    

  7.     driver_init(); 
    


  8. 

  9.     //打印串口初始化    
    

  10.     bsp_uart_init(&BOARD_UART);
    

  11.     
    

  12.     //初始化LED组    
    

  13.     bsp_led_group_init();  
    

  14.     bsp_led_off(&LED0);
    

  15.     bsp_led_off(&LED1); 
    

  16.     
    

  17.     //初始化exmc norsram region0
    

  18.     driver_exmc_norsram_init(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0);
    

  19.     
    

  20.     delay_ms(100);
    

  21.     printf("External sram read and write examples.\r\n");    
    

  22.     
    

  23.          
    

  24.     //以32位读写校验    
    

  25.     printf("32-bit read/write check.\r\n"); 
    

  26.     writereadstatus=0;    
    

  27.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  28.         REG32(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*4)=0xa55aa55a;
    

  29.     }
    

  30.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  31.         if(0xa55aa55a!=REG32(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*4)){
    

  32.             writereadstatus++;
    

  33.             break;
    

  34.         }
    

  35.     }
    

  36.     if(writereadstatus){
    

  37.         bsp_led_on(&LED0);
    

  38.         printf("\r\n32-bit read/write SRAM test failed!");
    

  39.     }else{
    

  40.         bsp_led_on(&LED1);
    

  41.         printf("\r\n32-bit read/write SRAM test successed!");
    

  42.     } 
    

  43.     
    

  44.     
    

  45.     //以16位读写校验
    

  46.     printf("16-bit read/write check.\r\n"); 
    

  47.     writereadstatus=0;    
    

  48.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  49.         REG16(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*2)=0xaaaa;
    

  50.     }
    

  51.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  52.         if(0xaaaa!=REG16(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*2)){
    

  53.             writereadstatus++;
    

  54.             break;
    

  55.         }
    

  56.     }
    

  57.     if(writereadstatus){
    

  58.         bsp_led_on(&LED0);
    

  59.         printf("\r\n16-bit read/write SRAM test failed!");
    

  60.     }else{
    

  61.         bsp_led_on(&LED1);
    

  62.         printf("\r\n16-bit read/write SRAM test successed!");
    

  63.     } 
    


  64. 

  65.     
    

  66.     //以8位读写校验
    

  67.     printf("8-bit read/write check.\r\n"); 
    

  68.     writereadstatus=0;    
    

  69.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  70.         REG8(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index)=0x55;
    

  71.     }
    

  72.     for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
    

  73.         if(0x55!=REG8(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index)){
    

  74.             writereadstatus++;
    

  75.             break;
    

  76.         }
    

  77.     }
    

  78.     if(writereadstatus){
    

  79.         bsp_led_on(&LED0);
    

  80.         printf("\r\n8-bit read/write SRAM test failed!");
    

  81.     }else{
    

  82.         bsp_led_on(&LED1);
    

  83.         printf("\r\n8-bit read/write SRAM test successed!");
    

  84.     }     
    

  85.        
    

  86.         while (1)
    

  87.         {
    


  88. 

  89.         
    

  90.         }
    

  91. }
25.5 实验结果
连接USB转串口，将打印读写校验结果。

本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原创发布，了解更多GD32 MCU教程，关注聚沃科技官网，GD32MCU技术交流群：859440462


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