20.2 FMC驱动SDRAM的时序初始化实现及内存测试

news2024/11/25 3:47:54

继续上一篇的话题，写到SDRAM通过CubeMx配置后，在工程代码编写时直接引用的是我事先写好的时序初始化、内存测试文件，而未对其进行详细的解释，所以本篇文章就来娓娓道来。不多说，开始吧

SDRAM的初始化流程简述

SDRAM初始化流程

SDRAM的初始化流程基本都是一样的
SDRAM并不是一上电就可以直接读写数据的，而是需要一系列的步骤进行初始化，对存储矩阵进行预充电、刷新并设置模式寄存器，详细见下图：
在这里插入图片描述
(1)、SDRAM上电并提供稳定的时钟信号，至少等待100us
(2)、发送空操作命令（NOP）
(3)、发送于预充电命令（PRECHANGE），控制所有Bank进行预充电，并等待TRP时间
(4)、发送至少2个自动刷新命令（AUTO REFRESH）,每个命令后需等待TRFC时间；TRFC表示自动刷新时间；
(5)、发送加载模式寄存器命令（LOAD MODE REGISTER）,配置SDRAM的工作参数，并等待TMRD时间，TMRD表示加载模式寄存器与行或刷新命令之间的延迟时间；
(6)、初始化流程完毕，可以开始读写数据
接下来我们就应该在FMC对SDRAM参数初始化完毕后进行SDRAM流程时序初始化

SDRAM初始化流程代码实现

首先来看下整体流程：
首先MX_FMC_Init()函数内调用HAL_SDRAM_Init()对SDRAM基本参数及时序参数进行初始化，然后才调用编写好的sdram_driver文件内的流程初始化函数void sdram_InitialTimingSequence(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram)；
此代码是fmc.c文件的函数

/* FMC initialization function */
void MX_FMC_Init(void)
{
  /* USER CODE BEGIN FMC_Init 0 */

  /* USER CODE END FMC_Init 0 */

  FMC_SDRAM_TimingTypeDef SdramTiming = {0};

  /* USER CODE BEGIN FMC_Init 1 */

  /* USER CODE END FMC_Init 1 */

  /** Perform the SDRAM1 memory initialization sequence
  */
  hsdram1.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;
  /* hsdram1.Init */
  hsdram1.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK1;
  hsdram1.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_9;
  hsdram1.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_13;
  hsdram1.Init.MemoryDataWidth = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;
  hsdram1.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;
  hsdram1.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;
  hsdram1.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;
  hsdram1.Init.SDClockPeriod = FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2;
  hsdram1.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_DISABLE;
  hsdram1.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0;
  /* SdramTiming */
  SdramTiming.LoadToActiveDelay = 2;
  SdramTiming.ExitSelfRefreshDelay = 8;
  SdramTiming.SelfRefreshTime = 5;
  SdramTiming.RowCycleDelay = 6;
  SdramTiming.WriteRecoveryTime = 4;
  SdramTiming.RPDelay = 2;
  SdramTiming.RCDDelay = 2;

  if (HAL_SDRAM_Init(&hsdram1, &SdramTiming) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler( );
  }

  /* USER CODE BEGIN FMC_Init 2 */
  sdram_InitialTimingSequence(&hsdram1);//SDRAM时序初始化
  /* USER CODE END FMC_Init 2 */
}

本片主要的SDRAM时序初始化函数就是sdram_InitialTimingSequence(&hsdram1)这个了，函数内部代码也是按照上面讲解的顺序进行一一对应：时钟使能->延时100us->对所有的Banks预充电->自刷新->编程sdram的加载模式寄存器
最后配置stm32 FMC的sdram控制器的自动刷新周期
函数内部使用了HAL带的SDRAM发送命令函数和编程自刷新周期函数

/****************************************************
@function:初始化SDRAM时序
@param:hsdram--sdram句柄
@return:void
@note:
****************************************************/
void sdram_InitialTimingSequence(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram)
{
    FMC_SDRAM_CommandTypeDef Command;

    //时钟使能
    Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;
    Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
    Command.AutoRefreshNumber = 1;
    Command.ModeRegisterDefinition = 0;
    HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram,&Command,0xFFFF);

    //延时至少200us
    HAL_Delay(1);

    //对所有的Banks预充电
    Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;
    Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
    Command.AutoRefreshNumber = 1;
    Command.ModeRegisterDefinition = 0;
    HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram,&Command,0xFFFF);

    //插入8个自动刷新周期
    Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;
    Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
    Command.AutoRefreshNumber = 8;
    Command.ModeRegisterDefinition = 0;
    HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram,&Command,0xFFFF);

    //编程sdram的加载模式寄存器
    Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;
    Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
    Command.AutoRefreshNumber = 1;
    Command.ModeRegisterDefinition = 0x230;
    HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram,&Command,0xFFFF);

    //配置stm32 FMC的sdram控制器的自动刷新周期
    //Refresh rate = (SDRAM refresh rate  * SDRAM clock frequency) - 20
    //SDRAM refresh rate = SDRAM refresh period / Number of rows
    //SDRAM refresh rate = 64ms / 8196(rows) = 7.81us
    //Refresh rate = 7.81us * 100Mhz  - 20 = 761
    HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(hsdram,761);
}
SDRAM发送命令函数HAL_SDRAM_SendCommand()

函数原型如下：

/**
  * @brief  Sends Command to the SDRAM bank.
  * @param  hsdram pointer to a SDRAM_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for SDRAM module.
  * @param  Command SDRAM command structure
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_SDRAM_SendCommand(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, FMC_SDRAM_CommandTypeDef *Command,
                                        uint32_t Timeout)

FMC_SDRAM_CommandTypeDef 结构体：

/**
  * @brief SDRAM command parameters structure definition
  */
typedef struct
{
  uint32_t CommandMode;                  /*!< Defines the command issued to the SDRAM device.
                                              This parameter can be a value of @ref FMC_SDRAM_Command_Mode.          */

  uint32_t CommandTarget;                /*!< Defines which device (1 or 2) the command will be issued to.
                                              This parameter can be a value of @ref FMC_SDRAM_Command_Target.        */

  uint32_t AutoRefreshNumber;            /*!< Defines the number of consecutive auto refresh command issued
                                              in auto refresh mode.
                                              This parameter can be a value between Min_Data = 1 and Max_Data = 15   */

  uint32_t ModeRegisterDefinition;       /*!< Defines the SDRAM Mode register content                                */
} FMC_SDRAM_CommandTypeDef;

CommandMode参数是待发送的命令
在这里插入图片描述
CommandTarget参数是目标存储器区域；发送给FMC控制下的SDRAM1还是SDRAM2
AutoRefreshNumber参数是自动刷新数；若发送的是自动刷新命令，此处为发送的刷新次数，其它命令时无效
ModeRegisterDefinition参数；若发送的是加载模式寄存器命令，此处为要写入 SDRAM 模式寄存器的参数；当向 SDRAM 发送加载模式寄存器命令时，这个结构体成员的值将通过地址线发送到SDRAM 的模式寄存器中，这个成员值长度为 13 位，各个位一一对应 SDRAM 的模式寄存器。
初始化到这一步SDRAM还差自动刷新配置啦

配置stm32 FMC的sdram控制器的自动刷新周期

SDRAM为什么需要这个自动刷新呢，因为SDRAM内部是一个个的电容，电容电压会随时间进行放电过程，所以原本为1的数据对应电容，在很久不操作就会变成电量0；所以需要间隔一定时间进行及时充电刷新，这个间隔就是自动刷新周期。
在这里插入图片描述
可以看到使用的这个W9825G6KH刷新周期要求是64毫秒
看看HAL库刷新周期配置函数：

/**
  * @brief  Programs the SDRAM Memory Refresh rate.
  * @param  hsdram pointer to a SDRAM_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for SDRAM module.
  * @param  RefreshRate The SDRAM refresh rate value
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, uint32_t RefreshRate)

RefreshRate SDRAM刷新率
那这个参数如何配置呢，可以在参考手册中看这个刷新速率的解释
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

SDRAM时钟频率在上一篇文档中，工程配置的是FMC 200MHz / SDRAM二分频 = 100MHz
在这里插入图片描述
那么SDRAM的行数是多少呢，可以看下芯片数据手册寻找
在这里插入图片描述
可以看到行数等于8192行，我的工程代码里面用的是8196行，直接沿用的数据手册，只不过芯片数据手册这个才是最正确的哈，也不修改了喔
此处函数的参数RefreshRate 就是上面看到的COUNT参数喔
刷新速率 = 64ms / 8192行 = 7.812us
RefreshRate = 7.812us * 100MHz - 20 = 761
所以这样配置后SDRAM就会间隔自动刷新了，这之后就可以正常访问SDRAM数据了

SDRAM的内存测试

这部分就不过多说了，只需要申请指定SDRAM1开始的内存地址，32M大小的数组即可
然后进行数据写入、读取对比，若写入数据和读取数据不等，则SDRAM内存数据错误，此时应检查配置参数是否正常，然后进行降低SDRAM频率，直到可以正确读写数据为止。
读写数据测试函数如下所示

/****************************************************
@function:SDRAM内存简单测试
@param:void
@return:void
@note:
****************************************************/
uint32_t pbuffer[(32*1024*1024)/4] __attribute__((at(0xC0000000)));//0xC0000000是SDRAM1的起始地址
void sdram_test(void)
{
    uint32_t i = 0,err = 0;
    while(1)
    {
        for(i=0;i < (32*1024*1024)/4;i++)
        {
            pbuffer[i] = i;
        }

        err = 0;
        for(i=0;i < (32*1024*1024)/4;i++)
        {
            if(pbuffer[i] != i)err++;
            else if(i < 10)printf("pbuffer[%d]=%d\n",i,pbuffer[i]);
        }
        if(err){printf("err:%d\n",err);while(1)HAL_Delay(25);}
    }
}

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