FMC篇-SDRAM（IS42S16400J）

news2024/10/5 17:23:44

IS42S16400J

这个东西太常见啦，长方形的。不会过多解释，详细请阅读它的数据手册。

IS42S16400J是一种高速同步动态随机存储器(SDRAM)，64Mb的存储容量，采用4个bank，每个bank大小为16Mb，总线宽度为16位，工作电压为3.3V。它是一种常用的存储器芯片，广泛应用于嵌入式系统、通信设备、计算机等领域。

在STM32上使用IS42S16400J，需要先配置STM32的外部存储器控制器(FSMC、FMC)。FSMC是STM32的一种外设，用于连接外部存储器，包括NOR Flash、NAND Flash、SRAM和SDRAM等。在使用IS42S16400J时，需要将FSMC、FMC配置为SDRAM模式，并设置好时序参数。

以下是在STM32上使用IS42S16400J的基本步骤：

配置FSMC控制器，设置SDRAM模式和时序参数。

初始化SDRAM，包括对SDRAM进行预充电和初始化操作。

使用SDRAM进行数据读写操作，可以通过FSMC接口进行读写。

需要注意的是，在使用SDRAM时，需要遵循SDRAM的时序要求，包括时钟频率、时序延迟等参数。同时，还需要注意SDRAM的电源和地线连接，以确保正常工作。

总之，IS42S16400J是一种常用的存储器芯片，可以在STM32等嵌入式系统中使用。在使用时，需要配置好FSMC控制器，并遵循SDRAM的时序要求，以确保正常工作。

常见引脚定义

读写时A0~A11作为行地址线输入，A0~A7作为列地址线输入。

一个bank有12根行地址、8根列地址，总线宽度为16位，所以SDRAM容量=4*4096*256*16=64Mb=8MB。

CKE高电平时使用AUTO REFRESH，通常显高电平，只有在使用SELF REFRESH时CKE低电平。

在写入（0个时钟延迟）和读取（2个时钟延迟）期间激活或停用DQ。

在配置SDRAM工作状态时发送对应指令。

命令

SELF REFRESH COMMAND，自我刷新命令 

DRAM使用电容存储电荷，电容会放电。

自刷新：在电容存储的电荷丢失前读取存储的数据，再重新写进去。刷新周期为64ms，即64ms电容数据会丢失，所以需要保证在64ms内对bank内所有单元均完成一次自刷新。一个bank有4096行，所以需要64ms/4096=15.625us发送一个自刷新指令。

芯片内部在自我刷新操作时，需要刷新的行地址、bank和刷新间隔会自动生成。即使系统断电，自我刷新也可以在没有外部时钟时保留SDRAM数据。

CKE引脚（HIGH->LOW）启动自我刷新操作，自我刷新操作期间，无视所有引脚输入，在设备内部恢复期（tRC）前不能执行下一个命令。

一旦CKE恢复HIGH，必须发出NOP命令（至少两个时钟），以便为完成正在进行的任何内部刷新提供时间。

AUTO REFRESH COMMAND，自动刷新命令

在SELF REFRESH完成之后，由于不确定刷新的最后一行地址，因此应该立即对所有地址执行AUTO REFRESH，自动生成需要刷新的行地址、bank。

ACTIVE AOMMAND，激活命令

在读写操作前，一般需要进行激活操作。

因为SDRAM的行地址线和列地址线都是同一组地址线，分时复用。读写操作发送的是列地址，所以在读写操作之前需要确定行地址和bank。确定行地址后还需要tRCD时间才能把该行打开才可以对该行数据进行读写操作。

激活：BA0、BA1选择bank，A0~A11选择行。在向bank发出预充电指令前，该行将保持打开状态以供访问。

PRECHARGE，预充电命令

在读写操作完成后，所在行（所有行）仍处于打开状态，需要使用预充电命令关闭所在行（所有行），才能使用激活命令打开其它行进行读写操作。

预充电时A10高电平表示对所有bank预充电，低电平表示对某个bank（由BA0、BA1决定）进行预充电。

预充电命令用于停用某个bank的空行或所有bank的空行。

执行预充电命令后，所选bank的下一个命令将在经过时段tRP（bank预充电所需的时段）后执行。一旦某个bank已预充电，它将处于空闲状态。

AUTO PRECHARGE，自动预充电命令

自动预充电命令可确保在脉冲串内最早的有效阶段启动预充电。此功能允许单个bank预充电，而无需显式命令。A10高电平可与读写命令一起用于启动自动预充电功能。

对于单个单独的读写命令，启用和禁用自动预充电。除非在整页突发模式下，否则自动预充电不适用。读写突发完成后，将自动（不需要发送自动预充电）对寻找的bank或行进行预充电。

READ，读命令

读命令从BA0、BA1输入中选择bank，并启动突发读访问已激活的行。输入A0~A7提供起始列位置。

当A10高电平时，该命令作为自动预充电命令运行。当选择自动预充电时，正在访问的行将在读突发结束时预充电。未选择自动预充电时，该行将保持打开状态，以便后续访问。

DQ的读数据受两个时钟之前（与潜伏期无关）DQM输入上的逻辑电平的影响。

当给定的DQM信号被记录为高电平时，对应的DQ将在两个时钟后变成高阻态。当给定的DQM信号被记录为低电平时，对应的DQ将提供有效数据。

发送读指令后，SDRAM会经过2~3个时钟周期才会给出数据（潜伏期，CAS延迟）。

WRITE，写命令

写命令启动对活动行的突发写访问。从BA0、BA1输入中选择bank，从A0~A7输入中提供起始列位置。

当A10高电平时，该命令作为自动预充电命令运行。当选择自动预充电时，正在访问的行将在写突发结束时预充电。未选择自动预充电时，该行将保持打开状态，以便后续访问。

写入内存阵列时，DQ和DQM输入逻辑级上的相应输入数据同时出现。

当给定的DQM信号被记录为高电平时，将忽略相应的数据输入，并且不会对其执行写操作。当给定的DQM信号被记录为低电平时，数据将写入存储器。

LOAD MODE REGISTER，加载模式寄存器命令

在加载模式寄存器命令期间，模式寄存器从A0~A11加载。此命令只能在所有bank空闲时发出。

BURST TERMINATE，突发终止命令

突发终止命令通过截断固定长度或整页突发以及突发终止前最近注册的读写命令，强制终止突发读写操作，可以通过此命令结合全页读写模式实现任意长度的读写操作。

COMMAND INHIBIT，命令禁止

命令禁止表示禁止执行新的命令。除CLK信号是否启用外，正在进行的操作不受影响。与空指令（NO OPERATION）效果差不多，当CS低电平时NOP无操作，NOP命令可防止在空闲或等待状态下注册不需要的命令。

上电初始化

SDRAM必须按预定义的方式上电并初始化。

在VDD和VDDQ同时通电后，64Mb SDRAM初始化，DQM和CKE高电平时时钟稳定。

除了命令禁止和NOP外，在发出任何命令之前都需要100us的命令。可以在100us的时间段内应用命令禁止和NOP命令，并应至少持续到时间段结束。如果至少应用了一个命令禁止或NOP命令，则应在满足100us延迟后应用预充电命令。

所有bank都必须预充电，使得所有bank处于空闲状态，之后必须执行至少两个自动预充电周期，自动预充电周期完成后，SDRAM就可以进行模式寄存器编程了。

应该在应用任何操作命令之前加载模式寄存器，因为它将在未知状态下上电。在加载模式寄存器命令之后，必须在任何命令之前断言至少一个NOP命令。

模式寄存器

用于定义SDRAM的特定操作模式。通过LOAD MODE REGISTER命令应用，并将保留存储的信息，直到再次应用或设备失去电源。

模式寄存器必须在所有bank空闲时加载，控制器必须等待指定时间才能启动后续操作。违反任何一个要求都将导致未指定的操作。

CAS延迟

CAS延迟是以时钟周期为单位，从注册一个READ命令到第一个输出数据可用之间的延迟。可以设置为2~3个时钟周期。

实验环节

STM32CubeMX配置

 配置完成后导出工程，还需要额外的配置模式寄存器。创建drive_sdram.c和.h文件，存放于UserCode/Drivers子目录下。

drive_sdram.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "drive_sdram.h"
#include "fmc.h"
#include "main.h"
#include "cmsis_os.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1             	((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_2             	((uint16_t)0x0001)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_4             	((uint16_t)0x0002)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_8             	((uint16_t)0x0003)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL      	((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_INTERLEAVED     	((uint16_t)0x0008)
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2              	((uint16_t)0x0020)
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3              	((uint16_t)0x0030)
#define SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD    	((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_PROGRAMMED 	((uint16_t)0x0000) 
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE     	((uint16_t)0x0200) 

#define IS42S16400J_SIZE             				0x400000
#define SDRAM_BANK_ADDR     					 	((uint32_t)0xD0000000)

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SDRAM_InitSequence(void);

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/

void SDRAM_Init(void)
{
    SDRAM_InitSequence();
    HAL_SDRAM_WriteProtection_Disable(&hsdram1);
}

void SDRAM_InitSequence(void)
{
  FMC_SDRAM_CommandTypeDef FMC_SDRAMCommandStructure;
  uint32_t tmpr = 0;
  
/* Step 3 --------------------------------------------------------------------*/
  /* Configure a clock configuration enable command */
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.AutoRefreshNumber = 1;
  FMC_SDRAMCommandStructure.ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */ 
  while(HAL_SDRAM_GetState(&hsdram1) == HAL_SDRAM_STATE_BUSY)
  {
  }
  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram1, &FMC_SDRAMCommandStructure, 0x1000);
    
  
/* Step 4 --------------------------------------------------------------------*/
  /* Insert 100 ms delay */
  HAL_Delay(100);
    
/* Step 5 --------------------------------------------------------------------*/
  /* Configure a PALL (precharge all) command */ 
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.AutoRefreshNumber = 1;
  FMC_SDRAMCommandStructure.ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */ 
  while(HAL_SDRAM_GetState(&hsdram1) == HAL_SDRAM_STATE_BUSY)
  {
  }
  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram1, &FMC_SDRAMCommandStructure, 0x1000);
  
/* Step 6 --------------------------------------------------------------------*/
  /* Configure a Auto-Refresh command */ 
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.AutoRefreshNumber = 2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */ 
  while(HAL_SDRAM_GetState(&hsdram1) == HAL_SDRAM_STATE_BUSY)
  {
  }
  /* Send the  first command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram1, &FMC_SDRAMCommandStructure, 0x1000);
  
/* Step 7 --------------------------------------------------------------------*/
  /* Program the external memory mode register */
  tmpr = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1          |
                   SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |
                   SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |
                   SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
                   SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
  
  /* Configure a load Mode register command*/ 
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;
  FMC_SDRAMCommandStructure.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.AutoRefreshNumber = 1;
  FMC_SDRAMCommandStructure.ModeRegisterDefinition = tmpr;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */ 
  while(HAL_SDRAM_GetState(&hsdram1) == HAL_SDRAM_STATE_BUSY)
  {
  }
  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram1, &FMC_SDRAMCommandStructure, 0x1000);
  
/* Step 8 --------------------------------------------------------------------*/

  /* Set the refresh rate counter */
  /* SDRAM Refresh Timer register(FMC_SDRTR)
	refresh rate = (sdram refresh rate * sdram clock frequency) - 20
	sdram refresh rate = sdram refresh period / Number of rows
  
	example:
		sdram refresh rate = 64ms / 4096 = 15.625us
		refresh rate = (15.625 * 90Mhz) - 20 = 1386.25
  */
  /* Set the device refresh counter */
  HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(&hsdram1, 1386);
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */ 
  while(HAL_SDRAM_GetState(&hsdram1) == HAL_SDRAM_STATE_BUSY)
  {
  }
}

SDRAM的起始地址可以看STM32F429的数据手册。

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