STM32复习笔记（五）：FSMC连接外部SRAM

Preface：

（一）原理相关

（二）CUBEMX配置

（三）轮询方式读写

（四）DMA方式读写

Preface：

STM32F4有一个FSMC（Flexible Static Memory Controller，可变静态存储控制器），可以用来驱动8080接口的TFT LCD，我之前就写过一篇blog，是用FSMC来驱动4.3寸液晶屏；此外，还可以用FSMC来连接外部的各种存储器，比如说SRAM、NOR FLASH、PSRAM等等；但是每个区（Bank）的功能是不一样的；Bank1可以连接多达4个NOR FLASH或PSRAM/SRAM存储器件（通过片选）；Bank2和Bank3只能用于访问NAND FLASH，且每个Bank只能连一个设备；Bank4只能用于连接PC Card设备。

（一）原理相关

STM32F4的FSMC控制器的存储区分为4个区，分别为Bank 1~Bank 4，每个Bank大小为2e28个字节，即256MB，因此总共管理的内存可达到1GB；而每个Bank又分成4个子区，每个子区64MB；Bank1的地址范围为0x6000 0000h~6FFF FFFFh，Bank2的地址范围为0x7000 0000h~7FFF FFFFh，Bank3的地址范围为0x8000 0000h~8FFF FFFFh，Bank4的地址范围为0x9000 0000h~9FFF FFFFh；如下图：

对于STM32F407ZGT6来说，其内部SRAM为192kB，一般的应用程序是足够用了，但是在使用GUI（特别是要做得很炫酷那种）等需要大量内存的功能时，192kB是不太够的，可能就需要扩展SRAM了。FSMC连接PSRAM/SRAM设备时，接口线的功能如下表所示：

根据开发板的原理图（如下图）可知，FSMC的NE3线连接到了外部SRAM的片选，而由于只有Bank1才能连接SRAM，所以可知板子用的是FSMC的Bank1的子区3来连接外部SRAM；

该SRAM芯片为IS62WV51216，这是一个16位宽512K容量(512K×16位，即1024KB)的静态内存芯片。它与MCU的连接电路如下图所示。芯片几个主要管脚的功能，以及与MCU的连接原理如下：

A0至A18是19根地址线，连接FSMC的19根地址线，即FSMC_A0至FSMC_A18；
I/O0至I/O15是16位数据线，连接FSMC的FSMC_D0至FSMC_D15数据线；
CE是芯片的片选信号，连接MCU的FSMC_NE3(PG10引脚)，也就是Bank1子区3的片选信号；
OE是输出使能信号，连接MCU的FSMC_NOE(PD4引脚)，是读数据时的使能信号；
WE是写使能信号，连接MCU的FSMC_NWE (PD5引脚)，是写数据使能信号；
UB是高字节使能信号，连接MCU的FSMC_NBL[1](PE1引脚)；LB是低字节使能信号，连接MCU的FSMC_NBL[0](PE0引脚)；通过UB和LB的控制可以只读取一个地址的高字节（I/O8~I/O15）或低字节（I/O0~I/O7），或读取16位数据；

IS62WV51216有19根地址线，能表示的地址范围是512K，而数据宽度是16位（2B），因此实际存储容量是1024KB，偏移地址范围是0x00000~0x7FFFF。又因为Bank1子区3的起始地址是0x68000000，所以IS62WV51216的全部1024KB的地址范围是 0x68000000~0x680FFFFF。FSMC_NBL[1]和FSMC_NBL[0]分别控制高位字节和低位字节访问，实现全部1024KB存储空间的按字节访问。

（二）CUBEMX配置

cubemx中的FSMC模式配置如下（选择子区3，片选为NE3；Mem类型SRAM；地址19位；数据16位；Wait是PSRAM芯片发送给FSMC的等待输入信号，IS62WV51216没有该线，所以disable掉；最后勾上Byte enable，允许字节访问）：

开启之后再对照原理图看一遍发现引脚刚好与开发板上的一致，因此无需更改引脚重映射：

接下来进行参数配置；首先是控制参数：Memory type只能选SRAM；Bank只能选Bank1子区3，这两项与模式设置部分是一一对应的；Write operation设置为Enabled，表示使能写操作；Extended mode设置为Disabled，FSMC自动使用模式A对SRAM进行操作，SRAM的读写操作速度基本相同，所以读写操作可以使用相同的时序参数，无需使用扩展模式单独设置读时序和写时序；接下来是时序参数：地址建立时间ADDSET，设置范围为0~15，设置为0即可；数据建立时间DATASET，设置范围为1~255，设置为8；总线翻转时间，设置范围为0~15，设置为0即可；

另外，因为FSMC参数设置部分没有DMA设置页面，如果要用DMA的话需要去System Core的DMA里面手动创建，并且在代码里要手动LINK DMA；

如下图所示：

然后，因为代码里会使用随机数生成器，所以打开Security分组下的RNG模块，启用RNG；RNG需要用到48MHz时钟，时钟树上可能会提示错误；单击时钟树界面上的Resolve Clock Issues，让cubemx自动解决即可：

配置好后直接生成代码即可

（三）轮询方式读写

首先加入3个宏，分别表示Bank1子区3的SRAM起始地址、中间地址、结束地址，如下所示：

#define SRAM_ADDR_BEGIN     0x68000000UL    //Bank1子区3的SRAM起始地址
#define SRAM_ADDR_HALF      0x68080000UL    //SRAM中间地址，一共512KB
#define SRAM_ADDR_END       0x680FFFFFUL    //SRAM结束地址，一共1024KB

然后封装一下读取、写入数据；如下：

#include "fsmc_func.h"
#include "fsmc.h"
#include "rng.h"

/*
 * 用HAL函数写入数据
 * */
HAL_StatusTypeDef SRAM_WriteByFunc() {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
    uint8_t str[] = "Input Data";   //待写入字符
    uint16_t length = sizeof (str); //数据长度(注意是字节数)，包括'\0'
    auto *paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN); //目标地址

    //写入字符串
    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Write_8b(&hsram3, paddr, str, length)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    //写入数字
    uint32_t num = 0;
    paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_HALF); //修改目标地址
    HAL_RNG_GenerateRandomNumber(&hrng, &num);  //生成随机数
    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Write_32b(&hsram3, paddr, &num, 1)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    return status;
}
/*
 * 用HAL函数读取数据
 * */
HAL_StatusTypeDef SRAM_ReadByFunc() {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
    auto *paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN);
    uint8_t str[30];
    uint16_t length = 30;   //读取字节数

    //读取字符
    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Read_8b(&hsram3, paddr, str, length)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    //读取数字
    uint32_t num = 0;
    paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_HALF);
    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Read_32b(&hsram3, paddr, &num, 1)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    return status;
}

然后在主函数中输入测试代码，测试是否正确写入、读出：

进入调试，跑了上半部分，status为HAL_OK，说明成功写入字符串：

跑完下半部分，status为HAL_OK，说明成功写入随机数num：

接下来是读出调试；重新读出SRAM开始出的字符，发现前面部分与刚刚写入的字符串一模一样，且status仍为HAL_OK，表示成功写入，读出字符串：

接着重新读出SRAM中间部分的一个32位数字，发现status为HAL_OK，说明读取成功，并且能看到num中的数字与刚刚写入的随机数一模一样，表示成功写入、读出数字：

除此之外，因为这个扩展RAM本质上还是存储器，所以还可以不使用HAL库函数，直接使用指针读取指定地址的内容；STM32是32位机器，最大能够管理的地址空间为2e32 = 4GB，只要在0x0000 0000h~0xFFFF FFFFh中实际存在的地址，STM32都能访问；下面代码是通过指针直接访问对应地址中的内容：

/*
 * 用指针写入数据
 * */
void SRAM_WriteByPointer() {
    uint16_t num = 100;
    uint16_t *paddr_16b = (uint16_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN); //uint16_t类型的指针
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        num += 10;
        *paddr_16b = num;   //指定地址写入数据
        paddr_16b++;    //每次自增2B
    }
}

/*
 * 用指针读出数据
 * */
void SRAM_ReadByPointer() {
    uint16_t num[5] = {0};
    uint16_t *paddr_16b = (uint16_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN); //uint16_t类型的指针
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        num[i] = *paddr_16b;
        paddr_16b++;
    }
}

通过调试可以发现，用指针来读写数据也无误：

PS.注意，在使用HAL函数读写外部SRAM数据时，传递的目的地址必须是uint32_t类型的指针；而在使用指针直接访问SRAM时，指针的类型需要与实际访问的数据类型一致，比如说要读一个16位的数据，就要指定读取地址为一个uint16_t的指针（因为指针只是一个数，指针的类型就是表示该指针所指向的地址中的数据的类型）

（四）DMA方式读写

前面说了，要用FSMC的DMA需要去System Core的DMA里面手动创建，并且在代码里要手动LINK DMA；为了使用DMA，重新打开项目中的cubemx，如下：

然后进入DMA设置页面，在MenToMem栏新建一个DMA流，发现DMA2中出现了一个同样的DMA流，这是因为只有DMA2控制器支持mem到mem的传输，DMA1不支持；设置属性如下：

DMA的工作模式只能设置为Normal模式，没有Circular模式；
DMA流自动使用FIFO（DMA流队列），且不能关闭，Burst Size保持默认Single即可；
源存储器和目标存储器的数据宽度设置为Word，这是因为HAL_SRAM_Write_DMA()和HAL_SRAM_Read_DMA()函数只支持uint32_t类型的数据buffer；
源存储器和目标存储器都应开启地址自增；

配置如下图所示：

此外，还要在NVIC中开启该DMA流的中断，否则系统不会调用中断回调函数；然后生成代码即可；

首先添加几个定义，主要是定义需要用得的宏、变量；如下：

#define     COUNT   5           //缓冲区数据个数
uint32_t    txbuf[COUNT];       //DMA发送缓冲区
uint32_t    rxbuf[COUNT];       //DMA接收缓冲区
bool        direction = true;   //DMA传输方向：ture表示MCU向外部SRAM传，false则相反
bool        is_busy = false;    //DMA状态：true表示正忙，false表示idle

还有，在主函数初始化FSMC后，需要加上LINK，将DMA流对象连接到SRAM对象：

接下来，封装一下DMA数据读、写函数；如下：

/*
 * DMA发送函数
 * */
HAL_StatusTypeDef SRAM_WriteDMA() {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
    uint32_t val = 1000;
    //准备数据
    for (int i = 0; i < COUNT; ++i) {
        txbuf[i] = val;
        val += 100;
    }

    direction = true;
    dma_is_busy = true; //指示传输方向以及状态

    uint32_t *paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN);
    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Write_DMA(&hsram3, paddr, txbuf, COUNT)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    return status;
}

/*
 * DMA读取函数
 * */
HAL_StatusTypeDef SRAM_ReadDMA() {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
    uint32_t *paddr = (uint32_t*)(SRAM_ADDR_BEGIN);

    direction = false;
    dma_is_busy = true; //指示传输方向以及状态

    if (HAL_OK == HAL_SRAM_Read_DMA(&hsram3, paddr, rxbuf, COUNT)) {
        HAL_Delay(1);
    } else {
        status = HAL_ERROR;
    }

    return status;
}

/*
 * DMA传输结束中断回调函数
 * */
volatile uint8_t test = 0;
/*
* 测试变量 test
* 当MCU向外部SRAM写入成功时，该变量赋值为1
* 当MCU从外部SRAM读取成功时，该变量赋值为2
* */
void HAL_SRAM_DMA_XferCpltCallback(DMA_HandleTypeDef *hdma)
{
    if (direction) {    //方向为
        test = 1;
    } else {
        test = 2;
    }

    dma_is_busy = false;    //表示dma传输结束
}

在主函数中调用这两个函数，打个断点，然后进入快乐的debug环节；一开始发现几个全局变量不在watch窗口中，首先加入窗口：