STM32 FSMC 學(xué)習(xí)筆記
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FSMC(Flexihie Static Memory Controller，可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器)是STM32系列中內(nèi)部集成256 KB以上FlaSh，后綴為xC、xD和xE的高存儲(chǔ)密度微控制器特有的存儲(chǔ)控制機(jī)制。之所以稱為“可變”，是由于通過對(duì)特殊功能寄存器的設(shè)置，F(xiàn)SMC能夠根據(jù)不同的外部存儲(chǔ)器類型，發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)／地址／控制信號(hào)類型以匹配信號(hào)的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應(yīng)用各種不同類型、不同速度的外部靜態(tài)存儲(chǔ)器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時(shí)擴(kuò)展多種不同類型的靜態(tài)存儲(chǔ)器，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)存儲(chǔ)容量、產(chǎn)品體積以及成本的綜合要求
1．1 FSMC技術(shù)優(yōu)勢(shì)
①支持多種靜態(tài)存儲(chǔ)器類型。STM32通過FSMC町以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲(chǔ)器的引腳直接相連。
②支持豐富的存儲(chǔ)操作方法。FSMC不僅支持多種數(shù)據(jù)寬度的異步讀／寫操作，而且支持對(duì)NOR／PSRAM／NAND存儲(chǔ)器的同步突發(fā)訪問方式。
⑤支持代碼從FSMC擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器中直接運(yùn)行，而不需要首先調(diào)入內(nèi)部SRAM。
1．2 FSMC內(nèi)部結(jié)構(gòu)
STM32微控制器之所以能夠支持NOR Flash和NAND Flash這兩類訪問方式完全不同的存儲(chǔ)器擴(kuò)展，是因?yàn)镕SMC內(nèi)部實(shí)際包括NOR Flash和NAND／PC Card兩個(gè)控制器，分別支持兩種截然不同的存儲(chǔ)器訪問方式。在STM32內(nèi)部，F(xiàn)SMC的一端通過內(nèi)部高速總線AHB連接到內(nèi)核Cortex－M3，另一端則是面向擴(kuò)展存儲(chǔ)器的外部總線。內(nèi)核對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問信號(hào)發(fā)送到AHB總線后，經(jīng)過FSMC轉(zhuǎn)換為符合外部存儲(chǔ)器通信規(guī)約的信號(hào)，送到外部存儲(chǔ)器的相應(yīng)引腳，實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與外部存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交互。FSMC起到橋梁作用，既能夠進(jìn)行信號(hào)類型的轉(zhuǎn)換，又能夠進(jìn)行信號(hào)寬度和時(shí)序的調(diào)整，屏蔽掉不同存儲(chǔ)類型的差異，使之對(duì)內(nèi)核而言沒有區(qū)別。
1．3 FSMC映射地址空間
FSMC管理1 GB的映射地址空間。該空間劃分為4個(gè)大小為256 MB的BANK，每個(gè)BANK又劃分為4個(gè)64 MB的子BANK，如表1所列。FSMC的2個(gè)控制器管理的映射地址空間不同。NOR Flash控制器管理第1個(gè)BANK，NAND／PC Card控制器管理第2～4個(gè)BANK。由于兩個(gè)控制器管理的存儲(chǔ)器類型不同，擴(kuò)展時(shí)應(yīng)根據(jù)選用的存儲(chǔ)設(shè)備類型確定其映射位置。其中，BANK1的4個(gè)子BANK擁有獨(dú)立的片選線和控制寄存器，可分別擴(kuò)展一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備，而BANK2～BANK4只有一組控制寄存器。
2 FSMC擴(kuò)展NOR Flash配置
SRAM／ROM、NOR Flash和PSRAM類型的外部存儲(chǔ)器都是由FSMC的NOR Flash控制器管理的，擴(kuò)展方法基本相同，其中NOR Flash最為復(fù)雜。通過FSMC擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)器擴(kuò)展所需要的硬件電路外，還需要進(jìn)行FSMC初始化配置。FSMC提供大量、細(xì)致的可編程參數(shù)，以便能夠靈活地進(jìn)行各種不同類型、不同速度的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。外部存儲(chǔ)器能否正常工作的關(guān)鍵在于：用戶能否根據(jù)選用的存儲(chǔ)器型號(hào)，對(duì)配置寄存器進(jìn)行合理的初始化配置。
(1)確定映射地址空間
根據(jù)選用的存儲(chǔ)器類型確定擴(kuò)展使用的映射地址空間。NOR Flash只能選用BANK1中的4個(gè)子BANK。選定映射子BANK后，即可確定以下2方面內(nèi)容：
①硬件電路中用于選中該存儲(chǔ)器的片選線FSMC_NEi(i為子BANK號(hào)，i=1，…，4)；
②FSMC配置中用于配置該外部存儲(chǔ)器的特殊功能寄存器號(hào)(如表1所列)。
(2)配置存儲(chǔ)器基本特征
通過對(duì)FSMC特殊功能寄存器FSMC_BCRi(i為子BANK號(hào)，i=1，…，4)中對(duì)應(yīng)控制位的設(shè)置，F(xiàn)SMC根據(jù)不同存儲(chǔ)器特征可靈活地進(jìn)行工作方式和信號(hào)的調(diào)整。根據(jù)選用的存儲(chǔ)器芯片確定需要配置的存儲(chǔ)器特征，主要包括以下方面：
①存儲(chǔ)器類型(MTYPE)是SRAM／ROM、PSRAM，還是NOR FlaSh；
②存儲(chǔ)芯片的地址和數(shù)據(jù)引腳是否復(fù)用(MUXEN)，F(xiàn)SMC可以直接與AD0～AD15復(fù)用的存儲(chǔ)器相連，不需要增加外部器件；
③存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線寬度(MWID)，F(xiàn)SMC支持8位／16位兩種外部數(shù)據(jù)總線寬度；
④對(duì)于NOR Flash(PSRAM)，是否采用同步突發(fā)訪問方式(B URSTEN)；
⑤對(duì)于NOR Flash(PSRAM)，NWAIT信號(hào)的特性說明(WAITEN、WAITCFG、WAITPOL)；
⑥對(duì)于該存儲(chǔ)芯片的讀／寫操作，是否采用相同的時(shí)序參數(shù)來確定時(shí)序關(guān)系(EXTMOD)。
(3)配置存儲(chǔ)器時(shí)序參數(shù)
FSMC通過使用可編程的存儲(chǔ)器時(shí)序參數(shù)寄存器，拓寬了可選用的外部存儲(chǔ)器的速度范圍。FSMC的NORFlash控制器支持同步和異步突發(fā)兩種訪問方式。選用同步突發(fā)訪問方式時(shí)，F(xiàn)SMC將HCLK(系統(tǒng)時(shí)鐘)分頻后，發(fā)送給外部存儲(chǔ)器作為同步時(shí)鐘信號(hào)FSMC_CLK。此時(shí)需要的設(shè)置的時(shí)間參數(shù)有2個(gè)：
①HCLK與FSMC_CLK的分頻系數(shù)(CLKDIV)，可以為2～16分頻；
②同步突發(fā)訪問中獲得第1個(gè)數(shù)據(jù)所需要的等待延遲(DATLAT)。
對(duì)于異步突發(fā)訪問方式，F(xiàn)SMC主要設(shè)置3個(gè)時(shí)間參數(shù)：地址建立時(shí)間(ADDSET)、數(shù)據(jù)建立時(shí)間(DATAST)和地址保持時(shí)間(ADDHLD)。FSMC綜合了SRAM／ROM、PSRAM和NOR Flash產(chǎn)品的信號(hào)特點(diǎn)，定義了4種不同的異步時(shí)序模型。選用不同的時(shí)序模型時(shí)，需要設(shè)置不同的時(shí)序參數(shù)，如表2所列。在實(shí)際擴(kuò)展時(shí)，根據(jù)選用存儲(chǔ)器的特征確定時(shí)序模型，從而確定各時(shí)間參數(shù)與存儲(chǔ)器讀／寫周期參數(shù)指標(biāo)之間的計(jì)算關(guān)系；利用該計(jì)算關(guān)系和存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)中給定的參數(shù)指標(biāo)，可計(jì)算出FSMC所需要的各時(shí)間參數(shù)，從而對(duì)時(shí)間參數(shù)寄存器進(jìn)行合理的配置。
FSMC全稱“靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器”。
使用FSMC控制器后，可以把FSMC提供的FSMC_A[25:0]作為地址線，而把FSMC提供的FSMC_D[15:0]作為數(shù)據(jù)總線。
(1)當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)為8位時(shí)，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b)
地址各位對(duì)應(yīng)FSMC_A[25:0]，數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)FSMC_D[7:0]
(2)當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)為16位時(shí)，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b)
地址各位對(duì)應(yīng)FSMC_A[24:0]，數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)FSMC_D[15:0]
FSMC 包括4個(gè)模塊：
(1)AHB接口（包括FSMC配置寄存器）
(2)NOR閃存和PSRAM控制器（驅(qū)動(dòng)LCD的時(shí)候LCD就好像一個(gè)PSRAM的里面只有2個(gè)16位的存儲(chǔ)空間，一個(gè)是DATA RAM 一個(gè)是CMD RAM）
(3)NAND閃存和PC卡控制器
(4)外部設(shè)備接口
注：FSMC可以請(qǐng)求AHB進(jìn)行數(shù)據(jù)寬度的操作。如果AHB操作的數(shù)據(jù)寬度大于外部設(shè)（NOR或NAND或LCD）的寬度，此時(shí)FSMC將AHB操作分割成幾個(gè)連續(xù)的較小的數(shù)據(jù)寬度，以適應(yīng)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)寬度。
FSMC對(duì)外部設(shè)備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結(jié)束，共分4個(gè)地址塊，每個(gè)地址塊256M字節(jié)?？梢钥闯觯總€(gè)地址塊又分為4個(gè)分地址塊，大小64M。對(duì)NOR的地址映像來說，我們可以通過選擇HADDR[27:26]來確定當(dāng)前使用的是哪個(gè)64M的分地址塊，如下頁(yè)表格。而這四個(gè)分存儲(chǔ)塊的片選，則使用NE[4:1]來選擇。數(shù)據(jù)線/地址線/控制線是共享的。
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