STM32心得：外部SRAM原理及实验代码解读

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STMCU小助手发布时间：2022-11-22 14:06

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文章简介:	STM32心得：外部SRAM原理及实验代码解读

主要内容：
1） IS62WV51216简介；
2） FSMC简介及相关寄存器介绍；
3）相关实验代码解读。
硬件连接：
IS62WV51216原理图如下所示，具体连接关系为：
A[0:18]接FMSC_A[0:18]；D[0:15]接FSMC_D[0:15]；UB接FSMC_NBL1；LB接FSMC_NBL0；OE接FSMC_OE；WE接FSMC_WE；CS接FSMC_NE3。

实验功能：程序开启后，按下KEY0键，测试外部SRAM容量大小并发送至串口端；按下KEY1键，显示预存在外部SRAM的数据。DS0指示程序运行状态。

1. IS62WV51216简介
1.1 IS62WV51216是ISSI（Integrated Silicon Solution, Inc）公司生产的一颗16位宽512K（512*16，即1M字节）容量的CMOS静态内存（SRAM）芯片。

1.2 特点
1）高速。具有45ns/55ns访问速度（开发版采用55ns型号）；
2）低功耗。操作时：36mW；待机时：12uW；
3）兼容TTL电平，兼容5V电压；
4）全静态操作，不需要刷新和时钟电路；
5）三态输出；
6）字节控制功能。支持高/低字节控制。

1.3 框图
图中A0~18为地址线，总共19根地址线（即2^19=512K，1K=1024）；
I/O0~15为数据线，总共16根数据线；
CS2和CS1都是片选信号，CS2是高电平有效，CS1是低电平有效（开发板采用CS1）；
OE是输出使能信号（读信号）；
WE为写使能信号；
UB和LB分别是高字节控制和低字节控制信号（设0有效，设1无效）。

1.4 IS62WV51216读时序
IS62WV51216芯片的8080并口读时序如下图所示：
重点时序：读周期时间(tRC)；地址建立时间(tAA)；OE建立时间(tDOE)。
开发板使用55ns的IS62WV51216，tRC=55ns，tAA=55ns（Max），tDOE=25ns（Max）。

1.5 IS62WV51216写时序
IS62WV51216芯片的8080并口写时序如下图所示：
重点时序：写周期时间(tWC)，地址建立时间(tSA)，WE脉宽(tPWE)。
开发板使用55ns的IS62WV51216，tWC=55ns，tSA=0ns，tPWE=45ns（min）。

2. FSMC简介
FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和16位PC存储器卡连接，STM32的FSMC接口支持包括SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH和PSRAM等存储器（不支持SDRAM）。FSMC的框图如下图所示：

2.1 FSMC驱动IS62WV51216原理
FSMC驱动外部SRAM时，外部SRAM的控制一般有：
1）地址线（如A0~A25）；
2）数据线（如D0~D15）；
3）写信号（WE，即WR）；
4）读信号（OE，即RD）；
5）片选信号（CS）；
6）如果SRAM支持字节控制，还有UB/LB信号。
IS62WV51216的信号包括：
1）地址线A0~A18；
2）数据线I/O0~I/O15；
3）写信号WE；
4）读信号OE；
5）片选信号CS；
6）字节控制UB、LB等。
将这些信号依次连接STM32 FSMC接口的A0-A18、D0-D15、WE、OE、CS、UB、LB等信号即可。

2.2 NOR / PSRAM外设接口
STM32的FSMC支持8/16位数据宽度，我们这里用到的SRAM是16位宽度的，所以在设置的时候，选择16位宽就OK了。FSMC的外部设备地址映像，STM32的FSMC将外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块(注意每个块的起始地址！)。

2.3 NOR / PSRAM存储块1 操作简介
STM32的FSMC存储块1（Bank1）用于驱动NOR FLASH/SRAM/PSRAM，被分为4个区，每个区管理64M字节空间，每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Bank1的256M字节空间由28根地址线（HADDR[27:0]）寻址。
这里HADDR，是内部AHB地址总线，其中，HADDR[25:0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]对4个区进行寻址（不能直接设置，只能选择片选间接设置）。如下表所示：

注意！
当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR[25:1]——FSMC_A[24:0]（右移一位对齐），
当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR[25:0]——FSMC_A[25:0]，
不论外部接8位/16位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址A[0]。

2.4 NOR PSRAM存储块1 访问模式
STM32的FSMC存储块1 支持的异步突发访问模式包括：模式1、模式A~D等多种时序模型，驱动SRAM时一般使用模式1或者模式 A，这里使用模式A来驱动SRAM，其他模式说明详见：STM32中文参考手册-FSMC章节。

模式A支持读写时序分开设置！（可针对一些读写时序不一样的设备分开设置），
对STM32F4仅写时序DATAST需要+1（F1按上图要求即可）。

2.5 FSMC寄存器介绍
对于NOR FLASH/PSRAM控制器(存储块1)，通过FSMC_BCRx、FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx（仅读写时序不一致时才设置）寄存器设置（其中x=1~4，对应4个区）。通过这3个寄存器，可以设置FSMC访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。
2.5.1 SRAM/NOR闪存片选控制寄存器（FSMC_BCRx）

EXTMOD：扩展模式使能位，控制是否允许读写不同的时序，设置为0（读写相同时序）；
WREN：写使能位。我们需要向SRAM写数据，故该位必须设置为1；
MWID[1:0]：存储器数据总线宽度。00，表示8位数据模式，01表示16位数据模式，10和11保留。我们的SRAM是16位数据线，所以设置WMID[1:0]=01；
MTYP[1:0]：存储器类型。00表示SRAM、ROM，01表示PSRAM，10表示NOR FLASH，11保留。我们驱动的芯片为SRAM，所以需要设置MTYP[1:0]=00；
MBKEN：存储块使能位。需设置为1，使能相应的存储块。

2.5.2 SRAM/NOR闪存片选时序寄存器（FSMC_BTRx）

ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A,01:模式B,10:模式C,11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于: DATAST(+1)个HCLK时钟周期（F4只有写的时候要+1），DATAST最大为255。对IS62WV51216来说，其实就是OE/WE低电平持续时间，最大为55ns。对STM32F1，一个HCLK=13.8ns (1/72M)，设置为3（13.8×（3+1）≈55.2ns）。对STM32F4，一个HCLK=6ns(1/168M)，设置为8（有点超频）。
ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET (+1)个HCLK周期（F1不需要+1），ADDSET最大为15。对IS62WV51216来说，访问周期最快为55ns，之前的设置，已经可以保证访问周期不小于55ns，因此这个地址建立时间，直接设置为0即可。
本实验因为EXTMOD位设置为0，所以读写时序共用这个时序寄存器！

2.5.3 SRAM/NOR闪存写时序寄存器（FSMC_BWTRx）
若EXTMOD位设置为1，读写时序分开，则用该寄存器设置写时序。

ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A；01:模式B；10:模式C；11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于:
DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。
ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET+1个HCLK周期，ADDSET最大为15。
本实验因为EXTMOD位设置为0，所以用不到该寄存器！

2.5.4 SRAM/NOR闪存片选寄存器组合说明
在ST官方库提供的的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这些单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合。规律如下：
1）FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，对应关系如下：
BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1；
BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2；
BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3；
BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4。
2）FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]，对应关系如下：
BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，
BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，
BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到。

3. 相关代码解读
3.1 sram.h头文件代码解读

/**
******************************** STM32F10x *********************************
* @文件名称： sram.h
* @作者名称： Aaron
* @库版本号： V3.5.0
* @工程版本： V1.0.0
* @开发日期： 2020年10月7日
* @摘要简述： SRAM头文件
******************************************************************************/
/*----------------------------------------------------------------------------
* @更新日志：
* @无
* ---------------------------------------------------------------------------*/
#ifndef __SRAM_H
#define __SRAM_H
/* 包含的头文件 ---------------------------------------------------------------*/
#include "sys.h"
/* 函数申明 -------------------------------------------------------------------*/
void FSMC_SRAM_Init(void);
void FSMC_SRAM_WriteBuffer(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u32 NumHalfwordToWrite);
void FSMC_SRAM_ReadBuffer(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u32 NumHalfwordToRead);
#endif /* __SRAM_H */
/****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/

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3.2 sram.c文件代码解读

/**
******************************** STM32F10x *********************************
* @文件名称： sram.c
* @作者名称： Aaron
* @库版本号： V3.5.0
* @工程版本： V1.0.0
* @开发日期： 2020年10月7日
* @摘要简述： SRAM源文件,使用NOR/SRAM的 Bank1.sector3,地址位HADDR[27,26]=10,
* 对IS62WV51216,地址线范围为A0~A18
******************************************************************************/
/*----------------------------------------------------------------------------
* @更新日志：
* @无
* ---------------------------------------------------------------------------*/
/* 包含的头文件 --------------------------------------------------------------*/
#include "sram.h"
#include "usart.h"
/* 定义常量 ------------------------------------------------------------------*/
#define Bank1_SRAM3_ADDR ((u32)(0x68000000))
/************************************************
函数名称：FSMC_SRAM_Init()
函数功能：初始化外部SRAM
入口参数：无
返回参数：无
开发作者：Aaron
*************************************************/
void FSMC_SRAM_Init(void)
{
/* 定义结构体 */
FSMC_NORSRAMInitTypeDef FSMC_NORSRAMInitStructure;
FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef readWriteTiming;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 使能相关IO口 */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF|RCC_APB2Periph_GPIOG,ENABLE);
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 0xFF33; /* PD0-1,PD4-5,PD8-15 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; /* 复用推挽输出 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 0xFF83; /* PE0-1,PE7-15 */
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 0xF03F; /* PF0-5，PF12-15 */
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 0x043F; /* PG0-5,PG10 */
GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
/* 读写时序结构体初始化 */
readWriteTiming.FSMC_AddressSetupTime = 0x00; /* 地址建立时间（ADDSET）为1个HCLK 1/36M=27ns */
readWriteTiming.FSMC_AddressHoldTime = 0x00; /* 地址保持时间（ADDHLD）模式A未用到 */
readWriteTiming.FSMC_DataSetupTime = 0x03; /* 数据保持时间（DATAST）为3个HCLK 4/72M≈55ns(对EM的SRAM芯片) */
readWriteTiming.FSMC_BusTurnAroundDuration = 0x00;
readWriteTiming.FSMC_CLKDivision = 0x00;
readWriteTiming.FSMC_DataLatency = 0x00;
readWriteTiming.FSMC_AccessMode = FSMC_AccessMode_A; /* 模式A */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_Bank = FSMC_Bank1_NORSRAM3; /* 使用NE3，对应BTCR[4],[5] */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_DataAddressMux = FSMC_DataAddressMux_Disable; /* 地址复用未用 */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryType =FSMC_MemoryType_SRAM; /* 存储器类型SRAM */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b; /* 存储器数据宽度为16bit */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_BurstAccessMode =FSMC_BurstAccessMode_Disable; /* 禁止突发访问模式 */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalPolarity = FSMC_WaitSignalPolarity_Low;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_AsynchronousWait=FSMC_AsynchronousWait_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WrapMode = FSMC_WrapMode_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalActive = FSMC_WaitSignalActive_BeforeWaitState;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteOperation = FSMC_WriteOperation_Enable; /* 存储器写使能 */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignal = FSMC_WaitSignal_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ExtendedMode = FSMC_ExtendedMode_Disable; /* 不使用扩展模式，读写使用相同的时序 */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteBurst = FSMC_WriteBurst_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ReadWriteTimingStruct = &readWriteTiming; /* 读写同样时序 */
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteTimingStruct = &readWriteTiming; /* 读写同样时序 */
FSMC_NORSRAMInit(&FSMC_NORSRAMInitStructure); /* 初始化FSMC配置 */
FSMC_NORSRAMCmd(FSMC_Bank1_NORSRAM3, ENABLE); /* 使能BANK3 */
}
/**********************************************************************
函数名称：FSMC_SRAM_WriteBuffer(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u32 n)
函数功能：在指定地址开始,连续写入n个字节
入口参数：pBuffer:字节指针，首地址;WriteAddr:要写入的地址;n:要写入的字节数
返回参数：无
开发作者：Aaron
***********************************************************************/
void FSMC_SRAM_WriteBuffer(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u32 n)
{
for(;n!=0;n--)
{
*(vu8*)(Bank1_SRAM3_ADDR+WriteAddr)=*pBuffer; /* Bank1_SRAM3_ADDR ((u32)(0x68000000)) */
WriteAddr++;
pBuffer++;
}
}
/**********************************************************************
函数名称：FSMC_SRAM_ReadBuffer(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u32 n)
函数功能：在指定地址开始,连续读出n个字节
入口参数：pBuffer:字节指针，首地址;ReadAddr:要写入的地址;n:要读出的字节数
返回参数：无
开发作者：Aaron
***********************************************************************/
void FSMC_SRAM_ReadBuffer(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u32 n)
{
for(;n!=0;n--)
{
*pBuffer++=*(vu8*)(Bank1_SRAM3_ADDR+ReadAddr);
ReadAddr++;
}
}
/****** Copyright (C)2020 Aaron. All Rights Reserved ****** END OF FILE *******/