第26章 FMC—扩展外部SDRAM
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本章参考资料：《STM32F4xx 中文参考手册2》、《STM32F4xx规格书》、库帮助文档《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》。
关于SDRAM存储器，请参考前面的"常用存储器介绍"章节，实验中SDRAM芯片的具体参数，请参考其规格书《IS42-45S16400J》来了解。
26.1 SDRAM控制原理
STM32控制器芯片内部有一定大小的SRAM及FLASH作为内存和程序存储空间，但当程序较大，内存和程序空间不足时，就需要在STM32芯片的外部扩展存储器了。
STM32F429系列芯片扩展内存时可以选择SRAM和SDRAM，由于SDRAM的"容量/价格"比较高，即使用SDRAM要比SRAM要划算得多。我们以SDRAM为例讲解如何为STM32扩展内存。
给STM32芯片扩展内存与给PC扩展内存的原理是一样的，只是PC上一般以内存条的形式扩展，内存条实质是由多个内存颗粒(即SDRAM芯片)组成的通用标准模块，而STM32直接与SDRAM芯片连接。见图 262，这是一种型号为IS42-45S16400J的SDRAM芯片内部结构框图，以它为模型进行学习。
图 261 SDRAM芯片外观
图 262 一种SDRAM芯片的内部结构框图
26.1.1 SDRAM信号线
图 262虚线框外引出的是SDRAM芯片的控制引脚，其说明见表 261。
表 261 SDRAM控制引脚说明
|
信号线 |
类型 |
说明 |
|
CLK |
I |
同步时钟信号，所有输入信号都在CLK为上升沿的时候被采集 |
|
CKE |
I |
时钟使能信号，禁止时钟信号时SDRAM会启动自刷新操作 |
|
CS# |
I |
片选信号，低电平有效 |
|
CAS# |
I |
列地址选通，为低电平时地址线表示的是列地址 |
|
RAS# |
I |
行地址选通，为低电平时地址线表示的是行地址 |
|
WE# |
I |
写入使能，低电平有效 |
|
DQM[0:1] |
I |
数据输入/输出掩码信号，表示DQ信号线的有效部分 |
|
BA[0:1] |
I |
Bank地址输入，选择要控制的Bank |
|
A[0:11] |
I |
地址输入 |
|
DQ[0:15] |
I/O |
数据输入输出信号 |
除了时钟、地址和数据线，控制SDRAM还需要很多信号配合，它们具体作用在描述时序图时进行讲解。
26.1.2 控制逻辑
SDRAM内部的"控制逻辑"指挥着整个系统的运行，外部可通过CS、WE、CAS、RAS以及地址线来向控制逻辑输入命令，命令经过"命令器译码器"译码，并将控制参数保存到"模式寄存器中"，控制逻辑依此运行。
26.1.3 地址控制
SDRAM包含有"A"以及"BA"两类地址线，A类地址线是行(Row)与列(Column)共用的地址总线，BA地址线是独立的用于指定SDRAM内部存储阵列号(Bank)。在命令模式下，A类地址线还用于某些命令输入参数。
26.1.4 SDRAM的存储阵列
要了解SDRAM的储存单元寻址以及"A"、"BA"线的具体运用，需要先熟悉它内部存储阵列的结构，见图 263。
图 263 SDRAM存储阵列模型
SDRAM内部包含的存储阵列，可以把它理解成一张表格，数据就填在这张表格上。和表格查找一样，指定一个行地址和列地址，就可以精确地找到目标单元格，这是SDRAM芯片寻址的基本原理。这样的每个单元格被称为存储单元，而这样的表则被称为存储阵列(Bank)，目前设计的SDRAM芯片基本上内部都包含有4个这样的Bank，寻址时指定Bank号以及行地址，然后再指定列地址即可寻找到目标存储单元。SDRAM内部具有多个Bank时的结构见图 264。
图 264 SDRAM内有多个Bank时的结构图
SDRAM芯片向外部提供有独立的BA类地址线用于Bank寻址，而行与列则共用A类地址线。
图 262标号中表示的就是它内部的存储阵列结构，通讯时当RAS线为低电平，则"行地址选通器"被选通，地址线A[11:0]表示的地址会被输入到"行地址译码及锁存器"中，作为存储阵列中选定的行地址，同时地址线BA[1:0]表示的Bank也被锁存，选中了要操作的Bank号；接着控制CAS线为低电平，"列地址选通器"被选通，地址线A[11:0]表示的地址会被锁存到"列地址译码器"中作为列地址，完成寻址过程。
26.1.5 数据输入输出
若是写SDRAM内容，寻址完成后，DQ[15:0]线表示的数据经过图 262标号 中的输入数据寄存器，然后传输到存储器阵列中，数据被保存；数据输出过程相反。
本型号的SDRAM存储阵列的"数据宽度"是16位(即数据线的数量)，在与SDRAM进行数据通讯时，16位的数据是同步传输的，但实际应用中我们可能会以8位、16位的宽度存取数据，也就是说16位的数据线并不是所有时候都同时使用的，而且在传输低宽度数据的时候，我们不希望其它数据线表示的数据被录入。如传输8位数据的时候，我们只需要DQ[7:0]表示的数据，而DQ[15:8]数据线表示的数据必须忽略，否则会修改非目标存储空间的内容。所以数据输入输出时，还会使用DQM[1:0]线来配合，每根DQM线对应8位数据，如"DQM0(LDQM)"为低电平，"DQM1(HDQM)"为高电平时，数据线DQ[7:0]表示的数据有效，而DQ[15:8]表示的数据无效。
26.1.6 SDRAM的命令
控制SDRAM需要用到一系列的命令，见表 262。各种信号线状态组合产生不同的控制命令。
表 262 SDRAM命令表
|
命令名 |
CS# |
RAS# |
CAS# |
WE# |
DQM |
ADDR |
DQ |
|
COMMAND INHIBIT |
H |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
|
NO OPERATION |
L |
H |
H |
H |
X |
X |
X |
|
ACTIVE |
L |
L |
H |
H |
X |
Bank/row |
X |
|
READ |
L |
H |
L |
H |
L/H |
Bank/col |
X |
|
WRITE |
L |
H |
L |
L |
L/H |
Bank/col |
Valid |
|
PRECHARGE |
L |
L |
H |
L |
X |
Code |
X |
|
AUTO REFRESH or SELF REFRESH |
L |
L |
L |
H |
X |
X |
X |
|
LOAD MODE REGISTER |
L |
L |
L |
L |
X |
Op-code |
X |
|
BURST TERMINATE |
L |
H |
H |
L |
X |
X |
active |
表中的H表示高电平，L表示低电平，X表示任意电平，High-Z表示高阻态。
1. 命令禁止
只要CS引脚为高电平，即表示"命令禁止"(COMMAND INHBIT)，它用于禁止SDRAM执行新的命令，但它不能停止当前正在执行的命令。
2. 空操作
"空操作"(NO OPERATION)，"命令禁止"的反操作，用于选中SDRAM，以便接下来发送命令。
3. 行有效
进行存储单元寻址时，需要先选中要访问的Bank和行，使它处于激活状态。该操作通过"行有效"(ACTIVE)命令实现，见图 265，发送行有效命令时，RAS线为低电平，同时通过BA线以及A线发送Bank地址和行地址。
图 265 行有效命令时序图
4. 列读写
行地址通过"行有效"命令确定后，就要对列地址进行寻址了。"读命令"(READ)和"写命令"(WRITE)的时序很相似，见图 266，通过共用的地址线A发送列地址，同时使用WE引脚表示读/写方向，WE为低电平时表示写，高电平时表示读。数据读写时，使用DQM线表示有效的DQ数据线。
图 266 读取命令时序
本型号的SDRAM芯片表示列地址时仅使用A[7:0]线，而A10线用于控制是否"自动预充电"，该线为高电平时使能，低电平时关闭。
5. 预充电
SDRAM 的寻址具有独占性，所以在进行完读写操作后，如果要对同一个Bank 的另一行进行寻址，就要将原来有效（ACTIVE）的行关闭，重新发送行/列地址。Bank 关闭当前工作行，准备打开新行的操作就是预充电（Precharge）。
预充电可以通过独立的命令控制，也可以在每次发送读写命令的同时使用"A10"线控制自动进行预充电。实际上，预充电是一种对工作行中所有存储阵列进行数据重写，并对行地址进行复位，以准备新行的工作。
独立的预充电命令时序见图 267。该命令配合使用A10线控制，若A10为高电平时，所有Bank都预充电；A10为低电平时，使用BA线选择要预充电的Bank。
图 267 PRECHARGE命令时序
6. 刷新
SDRAM要不断进行刷新(Refresh)才能保留住数据，因此它是 DRAM 最重要的操作。刷新操作与预充电中重写的操作本质是一样的。
但因为预充电是对一个或所有Bank 中的工作行操作，并且不定期，而刷新则是有固定的周期，依次对所有行进行操作，以保证那些久久没被访问的存储单元数据正确。
刷新操作分为两种："自动刷新"（Auto Refresh）与"自我刷新"(Self Refresh)，发送命令后CKE时钟为有效时(低电平)，使用自动刷新操作，否则使用自我刷新操作。不论是何种刷新方式，都不需要外部提供行地址信息，因为这是一个内部的自动操作。
对于"自动刷新"， SDRAM 内部有一个行地址生成器（也称刷新计数器）用来自动地依次生成行地址，每收到一次命令刷新一行。在刷新过程中，所有Bank都停止工作，而每次刷新所占用的时间为N个时钟周期(视SDRAM型号而定，通常为N=9)，刷新结束之后才可进入正常的工作状态，也就是说在这N个时钟期间内，所有工作指令只能等待而无法执行。一次次地按行刷新，刷新完所有行后，将再次对第一行重新进行刷新操作，这个对同一行刷新操作的时间间隔，称为SDRAM的刷新周期，通常为64ms。显然刷新会对SDRAM的性能造成影响，但这是它的DRAM的特性决定的，也是DRAM相对于SRAM取得成本优势的同时所付出的代价。
"自我刷新"则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存，也就是说即使外部控制器不工作了，SDRAM都能自己确保数据正常。在发出"自我刷新"命令后，将 CKE 置于无效状态(低电平)，就进入自我刷新模式，此时不再依靠外部时钟工作，而是根据SDRAM内部的时钟进行刷新操作。在自我刷新期间除了 CKE 之外的所有外部信号都是无效的，只有重新使 CKE 有效才能退出自我刷新模式并进入正常操作状态。
7. 加载模式寄存器
前面提到SDRAM的控制逻辑是根据它的模式寄存器来管理整个系统的，而这个寄存器的参数就是通过"加载模式寄存器"命令(LOAD MODE REGISTER)来配置的。发送该命令时，使用地址线表示要存入模式寄存器的参数"OP-Code"，各个地址线表示的参数见图 268。
图 268 模式寄存器解析图
模式寄存器的各个参数介绍如下：
Burst Length
Burst Length译为突发长度，下面简称BL。突发是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输所涉及到存储单元（列）的数量就是突发长度。
上文讲到的读/写操作，都是一次对一个存储单元进行寻址，如果要连续读/写就还要对当前存储单元的下一个单元进行寻址，也就是要不断的发送列地址与读/写命令（行地址不变，所以不用再对行寻址）。虽然由于读/写延迟相同可以让数据的传输在 I/O 端是连续的，但它占用了大量的内存控制资源，在数据进行连续传输时无法输入新的命令，效率很低。
为此，人们开发了突发传输技术，只要指定起始列地址与突发长度，内存就会依次地自动对后面相应数量的存储单元进行读/写操作而不再需要控制器连续地提供列地址。这样，除了第一笔数据的传输需要若干个周期外，其后每个数据只需一个周期的即可获得。其实我们在EERPOM及FLASH读写章节讲解的按页写入就是突发写入，而它们的读取过程都是突发性质的。
非突发连续读取模式：不采用突发传输而是依次单独寻址，此时可等效于 BL=1。虽然也可以让数据连续地传输，但每次都要发送列地址与命令信息，控制资源占用极大。突发连续读取模式：只要指定起始列地址与突发长度，寻址与数据的读取自动进行，而只要控制好两段突发读取命令的间隔周期(与 BL 相同)即可做到连续的突发传输。而BL 的数值，也是不能随便设或在数据进行传输前临时决定。在初始化SDRAM调用LOAD MODE REGISTER命令时就被固定。BL可用的选项是 1、2、4、8，常见的设定是 4 和8。若传输时实际需要数据长度小于设定的BL值，则调用"突发停止"(BURST TERMINATE)命令结束传输。
BT
模式寄存器中的BT位用于设置突发模式，突发模式分为顺序(Sequential)与间隔(Interleaved)两种。在顺序方式中，操作按地址的顺序连续执行，如果是间隔模式，则操作地址是跳跃的。跳跃访问的方式比较乱，不太符合思维习惯，我们一般用顺序模式。顺序访问模式时按照"0-1-2-3-4-5-6-7"的地址序列访问。
CASLatency
模式寄存器中的CASLatency是指列地址选通延迟，简称CL。在发出读命令(命令同时包含列地址)后，需要等待几个时钟周期数据线DQ才会输出有效数据，这之间的时钟周期就是指CL，CL一般可以设置为2或3个时钟周期，见图 269。
图 269 CL=2和CL=3的说明图
CL只是针对读命令时的数据延时，在写命令是不需要这个延时的，发出写命令时可同时发送要写入的数据。
Op Mode
OP Mode指Operating Mode，SDRAM的工作模式。当它被配置为"00"的时候表示工作在正常模式，其它值是测试模式或被保留的设定。实际使用时必须配置成正常模式。
WB
WB用于配置写操作的突发特性，可选择使用BL设置的突发长度或非突发模式。
Reserved
模式寄存器的最后三位的被保留，没有设置参数。
26.1.7 SDRAM的初始化流程
最后我们来了解SDRAM的初始化流程。SDRAM并不是上电后立即就可以开始读写数据的，它需要按步骤进行初始化，对存储矩阵进行预充电、刷新并设置模式寄存器，见图 2610。
图 2610 SDRAM初始化流程
该流程说明如下：
(1) 给SDRAM上电，并提供稳定的时钟，至少100us；
(2) 发送"空操作"(NOP)命令；
(3) 发送"预充电"(PRECHARGE)命令，控制所有Bank进行预充电，并等待tRP时间， tRP表示预充电与其它命令之间的延迟；
(4) 发送至少2个"自动刷新"(AUTO REFRESH)命令，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"(LOAD MODE REGISTER)命令，配置SDRAM的工作参数，并等待tMRD时间，tMRD表示加载模式寄存器命令与行有行或刷新命令之间的延迟；
(6) 初始化流程完毕，可以开始读写数据。
其中tRP、tRFC、tMRD等时间参数跟具体的SDRAM有关，可查阅其数据手册获知，STM32 FMC访问时配置需要这些参数。
26.1.8 SDRAM的读写流程
初始化步骤完成，开始读写数据，其时序流程见图 2611及图 2612。
图 2611 CL=2时，带AUTO PRECHARGE的读时序
图 2612 带AUTO PRECHARGE 命令的写时序
读时序和写时序的命令过程很类似，下面我们统一解说：
(1) 发送"行有效"(ACTIVE)命令，发送命令的同时包含行地址和Bank地址，然后等待tRCD时间，tRCD表示行有效命令与读/写命令之间的延迟；
(2) 发送"读/写"(READ/WRITE)命令，在发送命令的同时发送列地址，完成寻址的地址输入。对于读命令，根据模式寄存器的CL定义，延迟CL个时钟周期后，SDRAM的数据线DQ才输出有效数据，而写命令是没有CL延迟的，主机在发送写命令的同时就可以把要写入的数据用DQ输入到SDRAM中，这是读命令与写命令的时序最主要的区别。图中的读/写命令都通过地址线A10控制自动预充电，而SDRAM接收到带预充电要求的读/写命令后，并不会立即预充电，而是等待tWR时间才开始，tWR表示写命令与预充电之间的延迟；
(3) 执行"预充电"(auto precharge)命令后，需要等待tRP时间，tRP表示预充电与其它命令之间的延迟；
(4) 图中的标号处的tRAS，表示自刷新周期，即在前一个"行有效"与"预充电"命令之间的时间；
(5) 发送第二次"行有效"(ACTIVE)命令准备读写下一个数据，在图中的标号 处的tRC，表示两个行有效命令或两个刷新命令之间的延迟。
其中tRCD、tWR、tRP、tRAS以及tRC等时间参数跟具体的SDRAM有关，可查阅其数据手册获知，STM32 FMC访问时配置需要这些参数。
26.2 FMC简介
STM32F429使用FMC外设来管理扩展的存储器，FMC是Flexible Memory Controller的缩写，译为可变存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、SDRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH类型的存储器。在其它系列的STM32控制器中，只有FSMC控制器(Flexible Static Memory Controller)，译为可变静态存储控制器，所以它们不能驱动SDRAM这样的动态存储器，因为驱动SDRAM时需要定时刷新，STM32F429的FMC外设才支持该功能，且只支持普通的SDRAM，不支持DDR类型的SDRAM。我们只讲述FMC的SDRAM控制功能。
26.3
FMC框图剖析
STM32的FMC外设内部结构见图 2613。
图 2613 FMC控制器框图
1. 通讯引脚
在框图的右侧是FMC外设相关的控制引脚，由于控制不同类型存储器的时候会有一些不同的引脚，看起来有非常多，其中地址线FMC_A和数据线FMC_D是所有控制器都共用的。这些FMC引脚具体对应的GPIO端口及引脚号可在《STM32F4xx规格书》中搜索查找到，不在此列出。针对SDRAM控制器，我们是整理出以下的FMC与SDRAM引脚对照表 263。
表 263 FMC中的SDRAM控制信号线
|
FMC引脚名称 |
对应SDRAM引脚名 |
说明 |
|
FMC_NBL[3:0] |
DQM[3:0] |
数据掩码信号 |
|
FMC_A[12:0] |
A[12:0] |
行/列地址线 |
|
FMC_A[15:14] |
BA[1:0] |
Bank地址线 |
|
FMC_D[31:0] |
DQ[31:0] |
数据线 |
|
FMC_SDCLK |
CLK |
同步时钟信号 |
|
FMC_SDNWE |
WE# |
写入使能 |
|
FMC_SDCKE[1:0] |
CKE |
SDCKE0：SDRAM 存储区域 1 时钟使能 SDCKE1：SDRAM 存储区域 2 时钟使能 |
|
FMC_SDNE[1:0] |
-- |
SDNE0：SDRAM 存储区域 1 芯片使能 SDNE1：SDRAM 存储区域 2 芯片使能 |
|
FMC_NRAS |
RAS# |
行地址选通信号 |
|
FMC_NCAS |
CAS# |
列地址选通信号 |
其中比较特殊的是FMC_A[15:14]引脚用作Bank的寻址线；而FMC_SDCKE线和FMC_SDNE都各有2条，FMC_SDCKE用于控制SDRAM的时钟使能，FMC_SDNE用于控制SDRAM芯片的片选使能。它们用于控制STM32使用不同的存储区域驱动SDRAM，使用编号为0的信号线组会使用STM32的存储器区域1，使用编号为1的信号线组会使用存储器区域2。使用不同存储区域时，STM32访问SDRAM的地址不一样，具体将在"FMC的地址映射"小节讲解。
2. 存储器控制器
上面不同类型的引脚是连接到FMC内部对应的存储控制器中的。NOR/PSRAM/SRAM设备使用相同的控制器，NAND/PC卡设备使用相同的控制器，而SDRAM存储器使用独立的控制器。不同的控制器有专用的寄存器用于配置其工作模式。
控制SDRAM的有FMC_SDCR1/FMC_SDCR2控制寄存器、FMC_SDTR1/FMC_SDTR2时序寄存器、FMC_SDCMR命令模式寄存器以及FMC_SDRTR刷新定时器寄存器。其中控制寄存器及时序寄存器各有2个，分别对应于SDRAM存储区域1和存储区域2的配置。
FMC_SDCR控制寄存器可配置SDCLK的同步时钟频率、突发读使能、写保护、CAS延迟、行列地址位数以及数据总线宽度等。
FMC_SDTR时序寄存器用于配置SDRAM访问时的各种时间延迟，如TRP行预充电延迟、TMRD加载模式寄存器激活延迟等。
FMC_SDCMR命令模式寄存器用于存储要发送到SDRAM模式寄存器的配置，以及要向SDRAM芯片发送的命令。
FMC_SDRTR用于配置SDRAM的自动刷新周期。
3. 时钟控制逻辑
FMC外设挂载在AHB3总线上，时钟信号来自于HCLK(默认180MHz)，控制器的时钟输出就是由它分频得到。如SDRAM控制器的FMC_SDCLK引脚输出的时钟，是用于与SDRAM芯片进行同步通讯，它的时钟频率可通过FMC_SDCR1寄存器的SDCLK位配置，可以配置为HCLK的1/2或1/3，也就是说，与SDRAM通讯的同步时钟最高频率为90MHz。
26.4 FMC的地址映射
FMC连接好外部的存储器并初始化后，就可以直接通过访问地址来读写数据，这种地址访问与I2C EEPROM、SPI FLASH的不一样，后两种方式都需要控制I2C或SPI总线给存储器发送地址，然后获取数据；在程序里，这个地址和数据都需要分开使用不同的变量存储，并且访问时还需要使用代码控制发送读写命令。而使用FMC外接存储器时，其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的；在程序里，定义一个指向这些地址的指针，然后就可以通过指针直接修改该存储单元的内容，FMC外设会自动完成数据访问过程，读写命令之类的操作不需要程序控制。FMC的地址映射见图 2614。
图 2614 FMC的地址映射
图中左侧的是Cortex-M4内核的存储空间分配，右侧是STM32 FMC外设的地址映射。可以看到FMC的NOR/PSRAM/SRAM/NAND FLASH以及PC卡的地址都在External RAM地址空间内，而SDRAM的地址是分配到External device区域的。正是因为存在这样的地址映射，使得访问FMC控制的存储器时，就跟访问STM32的片上外设寄存器一样(片上外设的地址映射即图中左侧的"Peripheral"区域)。
1. SDRAM的存储区域
FMC把SDRAM的存储区域分成了Bank1和Bank2两块，这里的Bank与SDRAM芯片内部的Bank是不一样的概念，只是FMC的地址区域划分而已。每个Bank有不一样的起始地址，且有独立的FMC_SDCR控制寄存器和FMC_SDTR时序寄存器，还有独立的FMC_SDCKE时钟使能信号线和FMC_SDCLK信号线。FMC_SDCKE0和FMC_SDCLK0对应的存储区域1的地址范围是0xC000 0000-0xCFFF FFFF，而FMC_SDCKE1和FMC_SDCLK1对应的存储区域2的地址范围是0xD000 0000- 0xDFFF FFFF。当程序里控制内核访问这些地址的存储空间时，FMC外设会即会产生对应的时序，对它外接的SDRAM芯片进行读写。
2. External RAM 与External device的区别
比较遗憾的是FMC给SDRAM分配的区域不在External RAM区，这个区域可以直接执行代码，而SDRAM所在的External device区却不支持这个功能。这里说的可直接执行代码的特性就是在"常用存储器"章节介绍的XIP(eXecute In Place)特性，即存储器上若存储了代码，CPU可直接访问代码执行，无需缓存到其它设备上再运行；而且XIP特性还对存储器的种类有要求，SRAM/SDRAM及NOR Flash都支持这种特性，而NAND FLASH及PC卡是不支持XIP的。结合存储器的特性和STM32 FMC存储器种类的地址分配，就发现它的地址规划不合理了，NAND FLASH和PC卡这些不支持XIP的存储器却占据了External RAM的空间，而支持XIP的SDRAM存储器的空间却被分配到了Extern device区。为了解决这个问题，通过配置"SYSCFG_MEMRMP"寄存器的"SWP_FMC"寄存器位可用于交换SDRAM与NAND/PC卡的地址映射，使得存储在SDRAM中的代码能被执行，只是由于SDRAM的最高同步时钟是90MHz，代码的执行速度会受影响。
本章主要讲解当STM32的片内SRAM不够用时使用SDRAM扩展内存，但假如程序太大，它的程序空间FLASH不够用怎么办呢？首先是裁剪代码，目前STM32F429系列芯片内部FLASH空间最高可达2MB，实际应用中只要我们把代码中的图片、字模等占据大空间的内容放到外部存储器中，纯粹的代码很难达到2MB。如果还不够用，非要扩展程序空间的话，一种方法是使用FMC扩展NOR FLASH，把程序存储到NOR上，程序代码能够直接在NOR FLASH上执行。另一种方法是把程序存储在其它外部存储器，如SD卡，需要时把存储在SD卡上的代码加载到SRAM或SDRAM上，再在RAM上执行代码。
如果SDRAM不是用于存储可执行代码，只是用来保存数据的话，在External RAM或Exteranl device区域都没有区别，不需要与NAND的映射地址交换。
26.5 SDRAM时序结构体
控制FMC使用SDRAM存储器时主要是配置时序寄存器以及控制寄存器，利用ST标准库的SDRAM时序结构体以及初始化结构体可以很方便地写入参数。
SDRAM时序结构体的成员见代码清单 241。
代码清单 261 SDRAM时序结构体FMC_SDRAMTimingInitTypeDef
1 /* @brief 控制SDRAM的时序参数，这些参数的单位都是"周期"
2 * 各个参数的值可设置为1-16个周期。 */
3 typedef struct
4 {
5 uint32_t FMC_LoadToActiveDelay; /*TMRD:加载模式寄存器命令后的延迟*/
6 uint32_t FMC_ExitSelfRefreshDelay; /*TXSR:自刷新命令后的延迟 */
7 uint32_t FMC_SelfRefreshTime; /*TRAS:自刷新时间*/
8 uint32_t FMC_RowCycleDelay; /*TRC:行循环延迟*/
9 uint32_t FMC_WriteRecoveryTime; /*TWR:恢复延迟 */
10 uint32_t FMC_RPDelay; /*TRP:行预充电延迟*/
11 uint32_t FMC_RCDDelay; /*TRCD:行到列延迟*/
12 } FMC_SDRAMTimingInitTypeDef;
这个结构体成员定义的都是SDRAM发送各种命令后必须的延迟，它的配置对应到FMC_SDTR中的寄存器位。所有成员参数值的单位是周期，参数值大小都可设置成"1-16"。关于这些延时时间的定义可以看"SDRAM初始化流程"和"SDRAM读写流程"小节的时序图了解。具体参数值根据SDRAM芯片的手册说明来配置。各成员介绍如下：
(1) FMC_LoadToActiveDelay
本成员设置TMRD延迟(Load Mode Register to Active)，即发送加载模式寄存器命令后要等待的时间，过了这段时间才可以发送行有效或刷新命令。
(2) FMC_ExitSelfRefreshDelay
本成员设置退出TXSR延迟(Exit Self-refresh delay)，即退出自我刷新命令后要等待的时间，过了这段时间才可以发送行有效命令。
(3) FMC_SelfRefreshTime
本成员设置自我刷新时间TRAS，即发送行有效命令后要等待的时间，过了这段时间才执行预充电命令。
(4) FMC_RowCycleDelay
本成员设置TRC延迟(Row cycle delay)，即两个行有效命令之间的延迟，以及两个相邻刷新命令之间的延迟
(5) FMC_WriteRecoveryTime
本成员设置TWR延迟(Recovery delay)，即写命令和预充电命令之间的延迟，等待这段时间后才开始执行预充电命令。
(6) FMC_RPDelay
本成员设置TRP延迟(Row precharge delay)，即预充电命令与其它命令之间的延迟。
(7) FMC_RCDDelay
本成员设置TRCD延迟(Row to column delay)，即行有效命令到列读写命令之间的延迟。
这个SDRAMTimingInitTypeDef时序结构体配置的延时参数，将作为下一节的FMC SDRAM初始化结构体的一个成员。
26.6 SDRAM初始化结构体
FMC的SDRAM初始化结构体见代码清单 262。
代码清单 262 SDRAM初始化结构体FMC_SDRAMInitTypeDef
1 /* @brief FMC SDRAM 初始化结构体类型定义 */
2 typedef struct
3 {
4 uint32_t FMC_Bank; /*选择FMC的SDRAM存储区域*/
5 uint32_t FMC_ColumnBitsNumber; /*定义SDRAM的列地址宽度 */
6 uint32_t FMC_RowBitsNumber; /*定义SDRAM的行地址宽度 */
7 uint32_t FMC_SDMemoryDataWidth; /*定义SDRAM的数据宽度 */
8 uint32_t FMC_InternalBankNumber; /*定义SDRAM内部的Bank数目 */
9 uint32_t FMC_CASLatency; /*定义CASLatency的时钟个数*/
10 uint32_t FMC_WriteProtection; /*定义是否使能写保护模式 */
11 uint32_t FMC_SDClockPeriod; /*配置同步时钟SDCLK的参数*/
12 uint32_t FMC_ReadBurst; /*是否使能突发读模式*/
13 uint32_t FMC_ReadPipeDelay; /*定义在CAS个延迟后再等待多
14 少个HCLK时钟才读取数据 */
15 FMC_SDRAMTimingInitTypeDef* FMC_SDRAMTimingStruct; /*定义SDRAM的时序参数*/
16 } FMC_SDRAMInitTypeDef;
这个结构体，除最后一个成员是上一小节讲解的时序配置外，其它结构体成员的配置都对应到FMC_SDCR中的寄存器位。各个成员意义在前面的小节已有具体讲解，其可选参数介绍如下，括号中的是STM32标准库定义的宏：
(1) FMC_Bank
本成员用于选择FMC映射的SDRAM存储区域，可选择存储区域1或2 (FMC_Bank1/2_SDRAM)。
(2) FMC_ColumnBitsNumber
本成员用于设置要控制的SDRAM的列地址宽度，可选择8-11位(FMC_ColumnBits_Number_8/9/10/11b)。
(3) FMC_RowBitsNumber
本成员用于设置要控制的SDRAM的行地址宽度，可选择设置成11-13位(FMC_RowBits_Number_11/12/13b)。
(4) FMC_SDMemoryDataWidth
本成员用于设置要控制的SDRAM的数据宽度，可选择设置成8、16或32位(FMC_SDMemory_Width_8/16/32b)。
(5) FMC_InternalBankNumber
本成员用于设置要控制的SDRAM的内部Bank数目，可选择设置成2或4个Bank数目(FMC_InternalBank_Number_2/4)，请注意区分这个结构体成员与FMC_Bank的区别。
(6) FMC_CASLatency
本成员用于设置CASLatency即CL的时钟数目，可选择设置为1、2或3个时钟周期(FMC_CAS_Latency_1/2/3)。
(7) FMC_WriteProtection
本成员用于设置是否使能写保护模式，如果使能了写保护则不能向SDRAM写入数据，正常使用都是禁止写保护的。
(8) FMC_SDClockPeriod
本成员用于设置FMC与外部SDRAM通讯时的同步时钟参数，可以设置成STM32的HCLK时钟频率的1/2、1/3或禁止输出时钟(FMC_SDClock_Period_2/3或FMC_SDClock_Disable)。
(9) FMC_ReadBurst
本成员用于设置是否使能突发读取模式，禁止时等效于BL=1，使能时BL的值等于模式寄存器中的配置。
(10) FMC_ReadPipeDelay
本成员用于配置在CASLatency个时钟周期后，再等待多少个HCLK时钟周期才进行数据采样，在确保正确的前提下，这个值设置为越短越好，可选择设置的参数值为0、1或2个HCLK时钟周期(FMC_ReadPipe_Delay_0/1/2)。
(11) FMC_SDRAMTimingStruct
这个成员就是我们上一小节讲解的SDRAM时序结构体了，设置完时序结构体后再把赋值到这里即可。
配置完SDRAM初始化结构体后，调用FMC_SDRAMInit函数把这些配置写入到FMC的SDRAM控制寄存器及时序寄存器，实现FMC的初始化。
26.7 SDRAM命令结构体
控制SDRAM时需要各种命令，通过向FMC的命令模式寄存器FMC_SDCMR写入控制参数，即可控制FMC对外发送命令，为了方便使用，STM32标准库也把它封装成了结构体，见代码清单 263。
代码清单 263 SDRAM命令结构体
1 typedef struct
2 {
3 uint32_t FMC_CommandMode; /*要发送的命令 */
4 uint32_t FMC_CommandTarget; /*目标存储器区域 */
5 uint32_t FMC_AutoRefreshNumber; /*若发送的是自动刷新命令，
6 此处为发送的刷新次数，其它命令时无效 */
7 uint32_t FMC_ModeRegisterDefinition; /*若发送的是加载模式寄存器命令，
8 此处为要写入SDRAM模式寄存器的参数 */
9 } FMC_SDRAMCommandTypeDef;
命令结构体中的各个成员介绍如下：
(1) FMC_CommandMode
本成员用于配置将要发送的命令，它可以被赋值为表 264中的宏，这些宏代表了不同命令;
表 264 FMC可输出的SDRAM控制命令
|
宏 |
命令说明 |
|
FMC_Command_Mode_normal |
正常模式命令 |
|
FMC_Command_Mode_CLK_Enabled |
使能CLK命令 |
|
FMC_Command_Mode_PALL |
对所有Bank预充电命令 |
|
FMC_Command_Mode_AutoRefresh |
自动刷新命令 |
|
FMC_Command_Mode_LoadMode |
加载模式寄存器命令 |
|
FMC_Command_Mode_Selfrefresh |
自我刷新命令 |
|
FMC_Command_Mode_PowerDown |
掉电命令 |
(2) FMC_CommandTarget
本成员用于选择要控制的FMC存储区域，可选择存储区域1或2(FMC_Command_Target_bank1/2);
(3) FMC_AutoRefreshNumber
有时需要连续发送多个"自动刷新"(Auto Refresh)命令时，配置本成员即可控制它发送多少次，可输入参数值为1-16，若发送的是其它命令，本参数值无效。如FMC_CommandMode成员被配置为宏FMC_Command_Mode_AutoRefresh，而FMC_AutoRefreshNumber被设置为2时，FMC就会控制发送2次自动刷新命令。
(4) FMC_ModeRegisterDefinition
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。
配置完这些结构体成员，调用库函数FMC_SDRAMCmdConfig即可把这些参数写入到FMC_SDCMR寄存器中，然后FMC外设就会发送相应的命令了。
26.8 FMC—扩展外部SDRAM实验
本小节以型号为"IS42S16400J"的SDRAM芯片为STM32扩展内存。它的行地址宽度为12位，列地址宽度为8位，内部含有4个Bank，数据线宽度为16位，容量大小为8MB。
学习本小节内容时，请打开配套的"FMC—读写SDRAM"工程配合阅读。本实验仅讲解基本的SDRAM驱动，不涉及内存管理的内容，在本书的《MDK编译过程及文件类型全解》章节将会讲解使用更简单的方法从SDRAM中分配变量，以及使用C语言标准库的malloc函数来分配SDRAM的空间。
26.8.1 硬件设计
图 2615 SDRAM硬件连接图
SDRAM与STM32相连的引脚非常多，主要是地址线和数据线，这些具有特定FMC功能的GPIO引脚可查询《STM32F4xx规格书》中的说明来了解。
关于该SDRAM芯片的更多信息，请参考其规格书《IS42-45S16400J》了解。若您使用的实验板FLASH的型号或控制引脚不一样，可在我们工程的基础上修改，程序的控制原理相同。
26.8.2 软件设计
为了使工程更加有条理，我们把SDRAM初始化相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在"工程模板"之上新建"bsp_sdram.c"及"bsp_sdram.h"文件，这些文件也可根据您的喜好命名，它们不属于STM32标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。
1. 编程要点
(13) 初始化通讯使用的目标引脚及端口时钟；
(14) 使能FMC外设的时钟；
(15) 配置FMC SDRAM的时序、工作模式；
(16) 根据SDRAM的初始化流程编写初始化函数；
(17) 建立机制访问外部SDRAM存储器；
(18) 编写测试程序，对读写数据进行校验。
2. 代码分析
FMC硬件相关宏定义
我们把FMC SDRAM硬件相关的配置都以宏的形式定义到"bsp_sdram.h"文件中，见代码清单 242。
代码清单 264 SDRAM硬件配置相关的宏(省略了大部分数据线)
1 /*A行列地址信号线*/
2 #define FMC_A0_GPIO_PORT GPIOF
3 #define FMC_A0_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF
4 #define FMC_A0_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
5 #define FMC_A0_PINSOURCE GPIO_PinSource0
6 #define FMC_A0_AF GPIO_AF_FMC
7 /*......*/
8 /*此处省略A1-A11信号线的宏，具体可参考工程中的代码*/
9 /*BA地址线*/
10 #define FMC_BA0_GPIO_PORT GPIOG
11 #define FMC_BA0_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOG
12 #define FMC_BA0_GPIO_PIN GPIO_Pin_4
13 #define FMC_BA0_PINSOURCE GPIO_PinSource4
14 #define FMC_BA0_AF GPIO_AF_FMC
15 /*......*/
16 /*此处省略BA1信号线的宏，具体可参考工程中的代码*/
17
18 /*DQ数据信号线*/
19 #define FMC_D0_GPIO_PORT GPIOD
20 #define FMC_D0_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOD
21 #define FMC_D0_GPIO_PIN GPIO_Pin_14
22 #define FMC_D0_PINSOURCE GPIO_PinSource14
23 #define FMC_D0_AF GPIO_AF_FMC
24 /*......*/
25 /*此处省略D1-A15信号线的宏，具体可参考工程中的代码*/
26
27 /*控制信号线*/
28 /*CS片选*/
29 #define FMC_CS_GPIO_PORT GPIOH
30 #define FMC_CS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOH
31 #define FMC_CS_GPIO_PIN GPIO_Pin_6
32 #define FMC_CS_PINSOURCE GPIO_PinSource6
33 #define FMC_CS_AF GPIO_AF_FMC
34 /*WE写使能*/
35 #define FMC_WE_GPIO_PORT GPIOC
36 #define FMC_WE_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOC
37 #define FMC_WE_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
38 #define FMC_WE_PINSOURCE GPIO_PinSource0
39 #define FMC_WE_AF GPIO_AF_FMC
40 /*RAS行选通*/
41 #define FMC_RAS_GPIO_PORT GPIOF
42 #define FMC_RAS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOF
43 #define FMC_RAS_GPIO_PIN GPIO_Pin_11
44 #define FMC_RAS_PINSOURCE GPIO_PinSource11
45 #define FMC_RAS_AF GPIO_AF_FMC
46 /*CAS列选通*/
47 #define FMC_CAS_GPIO_PORT GPIOG
48 #define FMC_CAS_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOG
49 #define FMC_CAS_GPIO_PIN GPIO_Pin_15
50 #define FMC_CAS_PINSOURCE GPIO_PinSource15
51 #define FMC_CAS_AF GPIO_AF_FMC
52 /*CLK同步时钟，存储区域2*/
53 #define FMC_CLK_GPIO_PORT GPIOG
54 #define FMC_CLK_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOG
55 #define FMC_CLK_GPIO_PIN GPIO_Pin_8
56 #define FMC_CLK_PINSOURCE GPIO_PinSource8
57 #define FMC_CLK_AF GPIO_AF_FMC
58 /*CKE时钟使能，存储区域2*/
59 #define FMC_CKE_GPIO_PORT GPIOH
60 #define FMC_CKE_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOH
61 #define FMC_CKE_GPIO_PIN GPIO_Pin_7
62 #define FMC_CKE_PINSOURCE GPIO_PinSource7
63 #define FMC_CKE_AF GPIO_AF_FMC
64
65 /*DQM1数据掩码*/
66 #define FMC_UDQM_GPIO_PORT GPIOE
67 #define FMC_UDQM_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOE
68 #define FMC_UDQM_GPIO_PIN GPIO_Pin_1
69 #define FMC_UDQM_PINSOURCE GPIO_PinSource1
70 #define FMC_UDQM_AF GPIO_AF_FMC
71 /*DQM0数据掩码*/
72 #define FMC_LDQM_GPIO_PORT GPIOE
73 #define FMC_LDQM_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOE
74 #define FMC_LDQM_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
75 #define FMC_LDQM_PINSOURCE GPIO_PinSource0
76 #define FMC_LDQM_AF GPIO_AF_FMC
以上代码根据硬件的连接，把与SDRAM通讯使用的引脚号、引脚源以及复用功能映射都以宏封装起来。其中FMC_CKE和FMC_CLK引脚对应的是FMC的存储区域2，所以后面我们对SDRAM的寻址空间也是要指向存储区域2的。
初始化FMC的 GPIO
利用上面的宏，编写FMC的GPIO引脚初始化函数，见代码清单 243。
代码清单 265 FMC的GPIO初始化函数(省略了大部分数据线)
1 /**
2 * @brief 初始化控制SDRAM的IO
3 * @param 无
4 * @retval 无
5 */
6 static void SDRAM_GPIO_Config(void)
7 {
8 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
9
10 /*此处省略大量地址线、数据线以及控制信号线，
11 它们的时钟配置都相同，具体请查看工程中的代码*/
12 /* 使能SDRAM相关的GPIO时钟 */
13 /*地址信号线*/
14 RCC_AHB1PeriphClockCmd(FMC_A0_GPIO_CLK | /*...*/
15 /*数据信号线*/ /*控制信号线*/
16 FMC_D0_GPIO_CLK |FMC_CS_GPIO_CLK | , ENABLE);
17
18 /*--所有GPIO的配置都相同，此处省略大量引脚初始化，具体请查看工程中的代码*/
19 /* 通用 GPIO 配置 */
20 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //配置为复用功能
21 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
22 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出
23 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
24
25 /*A行列地址信号线针对引脚配置*/
26 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FMC_A0_GPIO_PIN;
27 GPIO_Init(FMC_A0_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
28 GPIO_PinAFConfig(FMC_A0_GPIO_PORT, FMC_A0_PINSOURCE , FMC_A0_AF);
29 /*...*/
30 /*DQ数据信号线针对引脚配置*/
31 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FMC_D0_GPIO_PIN;
32 GPIO_Init(FMC_D0_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
33 GPIO_PinAFConfig(FMC_D0_GPIO_PORT, FMC_D0_PINSOURCE , FMC_D0_AF);
34 /*...*/
35 /*控制信号线*/
36 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FMC_CS_GPIO_PIN;
37 GPIO_Init(FMC_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
38 GPIO_PinAFConfig(FMC_CS_GPIO_PORT, FMC_CS_PINSOURCE , FMC_CS_AF);
39 /*...*/
40 }
与所有使用到GPIO的外设一样，都要先把使用到的GPIO引脚模式初始化，以上代码把FMC SDRAM的所有信号线全都初始化为FMC复用功能，所有引脚配置都是一样的。
配置FMC的模式
接下来需要配置FMC SDRAM的工作模式，这个函数的主体是根据硬件连接的SDRAM特性，对时序结构体以及初始化结构体进行赋值。见代码清单 244。
代码清单 266 配置FMC的模式
1 /**
2 * @brief 初始化配置使用SDRAM的FMC及GPIO接口，
3 * 本函数在SDRAM读写操作前需要被调用
4 * @param None
5 * @retval None
6 */
7 void SDRAM_Init(void)
8 {
9 FMC_SDRAMInitTypeDef FMC_SDRAMInitStructure;
10 FMC_SDRAMTimingInitTypeDef FMC_SDRAMTimingInitStructure;
11
12 /* 配置FMC接口相关的 GPIO*/
13 SDRAM_GPIO_Config();
14
15 /* 使能 FMC 时钟 */
16 RCC_AHB3PeriphClockCmd(RCC_AHB3Periph_FMC, ENABLE);
17
18 /* SDRAM时序结构体，根据SDRAM参数表配置----------------*/
19 /* SDCLK： 90 Mhz (HCLK/2 :180Mhz/2) 1个时钟周期Tsdclk =1/90MHz=11.11ns*/
20 /* TMRD: 2 Clock cycles */
21 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_LoadToActiveDelay = 2;
22 /* TXSR: min=70ns (7x11.11ns) */
23 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_ExitSelfRefreshDelay = 7;
24 /* TRAS: min=42ns (4x11.11ns) max=120k (ns) */
25 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_SelfRefreshTime = 4;
26 /* TRC: min=70 (7x11.11ns) */
27 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RowCycleDelay = 7;
28 /* TWR: min=1+ 7ns (1+1x11.11ns) */
29 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_WriteRecoveryTime = 2;
30 /* TRP: 15ns => 2x11.11ns */
31 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RPDelay = 2;
32 /* TRCD: 15ns => 2x11.11ns */
33 FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RCDDelay = 2;
34
35 /* FMC SDRAM 控制配置 */
36 /*选择存储区域*/
37 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_Bank = FMC_Bank2_SDRAM;
38 /* 行地址线宽度: [7:0] */
39 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ColumnBitsNumber = FMC_ColumnBits_Number_8b;
41 /* 列地址线宽度: [11:0] */
42 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_RowBitsNumber = FMC_RowBits_Number_12b;
43 /* 数据线宽度 */
44 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDMemoryDataWidth = SDRAM_MEMORY_WIDTH;
45 /* SDRAM内部bank数量*/
46 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_InternalBankNumber =FMC_InternalBank_Number_4;
48 /* CAS潜伏期 */
49 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_CASLatency = FMC_CAS_Latency_2;
50 /* 禁止写保护*/
51 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_WriteProtection =
52 FMC_Write_Protection_Disable;
53 /* SDCLK时钟分频因子，SDCLK = HCLK/SDCLOCK_PERIOD*/
54 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDClockPeriod = FMC_SDClock_Period_2;
55 /* 突发读模式设置*/
56 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ReadBurst = FMC_Read_Burst_Enable;
57 /* 读延迟配置 */
58 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ReadPipeDelay = FMC_ReadPipe_Delay_0;
59 /* SDRAM时序参数 */
60 FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDRAMTimingStruct =&FMC_SDRAMTimingInitStructure;
62
63 /* 调用初始化函数，向寄存器写入配置 */
64 FMC_SDRAMInit(&FMC_SDRAMInitStructure);
65
66 /* 执行FMC SDRAM的初始化流程*/
67 SDRAM_InitSequence();
68 }
这个函数的执行流程如下：
(1) 初始化GPIO引脚以及FMC时钟
函数开头调用了前面定义的SDRAM_GPIO_Config函数对FMC用到的GPIO进行初始化，并且使用库函数RCC_AHB3PeriphClockCmd使能FMC外设的时钟。
(2) 时序结构体赋值
接下来对时序结构体FMC_SDRAMTimingInitStructure赋值。在前面我们了解到时序结构体各个成员值的单位是同步时钟SDCLK的周期数，而根据我们使用的SDRAM芯片，可查询得它对这些时序要求，见表 265。
表 265 SDRAM的延时参数(摘自《IS42-45S16400J》规格书)
|
时间参数 |
说明 |
最小值 |
单位 |
|
trc |
两个刷新命令或两个行有效命令之间的延迟 |
63 |
ns |
|
tras |
行有效与预充电命令之间的延迟 |
42 |
ns |
|
trp |
预充电与行有效命令之间的延迟 |
15 |
ns |
|
trcd |
行有效与列读写命令之间的延迟 |
15 |
ns |
|
twr |
写入命令到预充电命令之间的延迟 |
2 |
cycle |
|
txsr |
退出自我刷新到行有效命令之间的延迟 |
70 |
ns |
|
tmrd |
加载模式寄存器命令与行有效或刷新命令之间的延迟 |
2 |
cycle |
部分时间参数以ns为单位，因此我们需要进行单位转换，而以SDCLK时钟周期数(cycle)为单位的时间参数，直接赋值到时序结构体成员里即可。
由于我们配置FMC输出的SDCLK时钟频率为HCLK的1/2(在后面的程序里配置的)，即FSDCLK=90MHz，可得1个SDCLK时钟周期长度为TSDCLK=1/FSDCLK =11.11ns，然后设置各个成员的时候，只要保证时间大于以上SDRAM延时参数表的要求即可。如trc要求大于63ns，而11.11ns x 7=77.77ns，所以FMC_RowCycleDelay(TRC)成员值被设置为7个时钟周期，依葫芦画瓢完成时序参数的设置。
(3) 配置FMC初始化结构体
函数接下来对FMC SDRAM的初始化结构体赋值。包括行列地址线宽度、数据线宽度、SDRAM内部Bank数量以及CL长度，这些都是根据外接的SDRAM的特性设置的，其中CL长度要与后面初始化流程中给SDRAM模式寄存器中的赋值一致。
设置存储区域
FMC_Bank成员设置FMC的SDRAM存储区域映射选择为FMC_Bank2_SDRAM，这是由于我们的SDRAM硬件连接到FMC_CKE1和FMC_CLK1，所以对应到存储区域2；
行地址、列地址、数据线宽度及内部Bank数量
这些结构体成员都是根据SDRAM芯片的特性配置的，行地址宽度为8位，列地址宽度为12位，数据线宽度为16位，SDRAM内部有4个Bank；
CL长度
CL的长度这里被设置为2个同步时钟周期，它需要与后面SDRAM模式寄存器中的配置一样；
写保护
FMC_WriteProtection用于设置写保护，如果使能了这个功能是无法向SDRAM写入数据的，所以我们关闭这个功能；
同步时钟参数
FMC_SDClockPeriod成员被设置为FMC_SDClock_Period_2 ，所以同步时钟的频率就被设置为HCLK的1/2了；
突发读模式及读延迟
为了加快读取速度，我们使能突发读功能，且读延迟周期为0；
时序参数
最后向FMC_SDRAMTimingStruct赋值为前面的时序结构体，包含了我们设定的SDRAM时间参数。
赋值完成后调用库函数FMC_SDRAMInit把初始化结构体配置的各种参数写入到FMC_SDCR控制寄存器及FMC_SDTR时序寄存器中。函数的最后调用SDRAM_InitSequence函数实现执行SDRAM的上电初始化时序。
实现SDRAM的初始化时序
在上面配置完成STM32的FMC外设参数后，在读写SDRAM前还需要执行前面介绍的SDRAM上电初始化时序，它就是由SDRAM_InitSequence函数实现的，见代码清单 458。
代码清单 267 SDRAM上电初始化时序
1 /**
2 * @brief 对SDRAM芯片进行初始化配置
3 * @param None.
4 * @retval None.
5 */
6 static void SDRAM_InitSequence(void)
7 {
8 FMC_SDRAMCommandTypeDef FMC_SDRAMCommandStructure;
9 uint32_t tmpr = 0;
10
11 /* Step 3 -----------------------------------------------*/
12 /* 配置命令：开启提供给SDRAM的时钟 */
13 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_CLK_Enabled;
14 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_COMMAND_TARGET_BANK;
15 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;
16 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
17 /* 检查SDRAM标志，等待至SDRAM空闲 */
18 while (FMC_GetFlagStatus(FMC_BANK_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET);
19 /* 发送上述命令*/
20 FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
21
22 /* Step 4 ---------------------------------------------*/
23 /*延时 */
24 SDRAM_delay(10);
25
26 /* Step 5 -------------------------------------------*/
27 /* 配置命令：对所有的bank预充电 */
28 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_PALL;
29 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_COMMAND_TARGET_BANK;
30 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;
31 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
32 /* 检查SDRAM标志，等待至SDRAM空闲 */
33 while (FMC_GetFlagStatus(FMC_BANK_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET);
34 /* 发送上述命令*/
35 FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
36
37 /* Step 6 --------------------------------------------*/
38 /* 配置命令：自动刷新 */
39 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_AutoRefresh;
40 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_COMMAND_TARGET_BANK;
41 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 2;
42 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
43 /* 检查SDRAM标志，等待至SDRAM空闲 */
44 while (FMC_GetFlagStatus(FMC_BANK_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET);
45 /* 发送自动刷新命令*/
46 FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
47
48 /* Step 7 ----------------------------------------------*/
49 /* 设置sdram寄存器配置 */
50 tmpr = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_8 |
51 SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL |
52 SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2 |
53 SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
54 SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
55
56 /* 配置命令：设置SDRAM寄存器 */
57 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_LoadMode;
58 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_COMMAND_TARGET_BANK;
59 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;
60 FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = tmpr;
61 /* 检查SDRAM标志，等待至SDRAM空闲 */
62 while (FMC_GetFlagStatus(FMC_BANK_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET);
63
64 /* 发送上述命令*/
65 FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
66
67 /* Step 8 --------------------------------------------*/
68
69 /* 设置刷新计数器 */
70 /*刷新速率 = (COUNT + 1) x SDRAM 频率时钟
71 COUNT =（ SDRAM 刷新周期/行数) - 20*/
72 /* 64ms/4096=15.62us (15.62 us x FSDCLK) - 20 =1386 */
73 FMC_SetRefreshCount(1386);
74 /* 发送上述命令*/
75 while (FMC_GetFlagStatus(FMC_BANK_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET);
76 }
SDRAM的初始化流程实际上是发送一系列控制命令，利用命令结构体FMC_SDRAMCommandTypeDef及库函数FMC_SDRAMCmdConfig配合即可发送各种命令。函数中按次序发送了使能CLK命令、预充电命令、2个自动刷新命令以及加载模式寄存器命令，每次发调用FMC_SDRAMCmdConfig发送命令后需要调用库函数FMC_GetFlagStatus检查BUSY标志位，等待上一个命令操作完毕。
其中发送加载模式寄存器命令时使用了一些自定义的宏，使用这些宏组合起来然后赋值到命令结构体的FMC_ModeRegisterDefinition成员中，这些宏定义见代码清单 268。
代码清单 268 加载模式寄存器命令相关的宏
1 /**
2 * @brief FMC SDRAM 模式配置的寄存器相关定义
3 */
4 #define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1 ((uint16_t)0x0000)
5 #define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_2 ((uint16_t)0x0001)
6 #define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_4 ((uint16_t)0x0002)
7 #define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_8 ((uint16_t)0x0004)
8 #define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL ((uint16_t)0x0000)
9 #define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_INTERLEAVED ((uint16_t)0x0008)
10 #define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2 ((uint16_t)0x0020)
11 #define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3 ((uint16_t)0x0030)
12 #define SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD ((uint16_t)0x0000)
13 #define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_PROGRAMMED ((uint16_t)0x0000)
14 #define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE ((uint16_t)0x0200)
这些宏是根据"SDRAM的模式寄存器"的位定义的，例如突发长度、突发模式、CL长度、SDRAM工作模式以及突发写模式，其中的CL长度注意要与前面FMC SDRAN初始化结构体中定义的一致。
设置自动刷新周期
在上面SDRAM_InitSequence函数的最后，我们还调用了库函数FMC_SetRefreshCount设置FMC自动刷新周期，这个函数会向刷新定时寄存器FMC_SDRTR写入计数值，这个计数值每个SDCLK周期自动减1，减至0时FMC会自动向SDRAM发出自动刷新命令，控制SDRAM刷新，SDRAM每次收到刷新命令后，刷新一行，对同一行进行刷新操作的时间间隔称为SDRAM的刷新周期。
根据STM32F4xx 中文参考手册的说明，COUNT值的计算公式如下：
刷新速率 = (COUNT + 1) x SDRAM 频率时钟
COUNT =（ SDRAM 刷新周期/行数) – 20
而查询我们的SDRAM芯片规格书，可知它的SDRAM刷新周期为64ms，行数为4096，可算出它的SDRAM刷新要求：
TRefresh = 64ms/4096=15.62us
即每隔15.62us需要收到一次自动刷新命令。
所以：
COUNTA = TRefresh/TSDCLK=15.62x90=1406
但是根据要求，如果SDRAM在接受读请求后出现内部刷新请求，则必须将刷新速率增加 20 个 SDRAM 时钟周期以获得重充足的裕量。
最后计算出：COUNT=COUNTA-20=1386。
以上就是函数FMC_SetRefreshCount参数值的计算过程。
使用指针的方式访问SDRAM存储器
完成初始化SDRAM后，我们就可以利用它存储数据了，由于SDRAM的存储空间是被映射到内核的寻址区域的，我们可以通过映射的地址直接访问SDRAM，访问这些地址时，FMC外设自动读写SDRAM，程序上无需额外操作。
通过地址访问内存，最直接的方式就是使用C语言的指针方式了，见代码清单 269。
代码清单 269 使用指针的方式访问SDRAM
1 /*SDRAM起始地址存储空间2的起始地址*/
2 #define SDRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0xD0000000)
3 /*SDRAM大小，8M字节*/
4 #define IS42S16400J_SIZE 0x800000
5
6 uint32_t temp;
7
8 /*向SDRAM写入8位数据*/
9 *( uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR ) = (uint8_t)0xAA;
10 /*从SDRAM读取数据*/
11 temp = *( uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR );
12
13 /*写/读 16位数据*/
14 *( uint16_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+10 ) = (uint16_t)0xBBBB;
15 temp = *( uint16_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+10 );
16
17 /*写/读 32位数据*/
18 *( uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+20 ) = (uint32_t)0xCCCCCCCC;
19 temp = *( uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR+20 );
为方便使用，代码中首先定义了宏SDRAM_BANK_ADDR表示SDRAM的起始地址，该地址即FMC映射的存储区域2的首地址；宏IS42S16400J_SIZE表示SDRAM的大小，所以从地址(SDRAM_BANK_ADDR)到(SDRAM_BANK_ADDR+IS42S16400J_SIZE)都表示在SDRAM的存储空间，访问这些地址，直接就能访问SDRAM。
配合这些宏，使用指针的强制转换以及取指针操作即可读写SDRAM的数据，使用上跟普通的变量无异。
直接指定变量存储到SDRAM空间
每次存取数据都使用指针来访问太麻烦了，为了简化操作，可以直接指定变量存储到SDRAM空间，见代码清单 2610。
代码清单 2610 直接指定变量地址的方式访问SDRAM
1 /*SDRAM起始地址存储空间2的起始地址*/
2 #define SDRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0xD0000000)
3 /*绝对定位方式访问SDRAM,这种方式必须定义成全局变量*/
4 uint8_t testValue __attribute__((at(SDRAM_BANK_ADDR)));
5 testValue = 0xDD;
这种方式使用关键字"__attribute__((at()))"来指定变量的地址，代码中指定testValue存储到SDRAM的起始地址，从而实现把变量存储到SDRAM上。要注意使用这种方法定义变量时，必须在函数外把它定义成全局变量，才可以存储到指定地址上。
更常见的是利用这种方法定义一个很大的数组，整个数组都指定到SDRAM地址上，然后就像使用malloc函数一样，用户自定义一些内存管理函数，动态地使用SDRAM的内存，我们在使用emWin写GUI应用的时候就是这样做的。
在本书的《MDK编译过程及文件类型全解》章节将会讲解使用更简单的方法从SDRAM中分配变量，以及使用C语言标准库的malloc函数来分配SDRAM的空间，更有效地进行内存管理。
3. main函数
最后我们来编写main函数，进行SDRAM芯片读写校验，见代码清单 2414。
代码清单 2611 main函数
1 /**
2 * @brief 主函数
3 * @param 无
4 * @retval 无
5 */
6 int main(void)
7 {
8 /* LED 端口初始化 */
9 LED_GPIO_Config();
10 /* 初始化串口 */
11 Debug_USART_Config();
12 printf(" 秉火STM32F429 SDRAM 读写测试例程 ");
13 /*初始化SDRAM模块*/
14 SDRAM_Init();
15
16 /*蓝灯亮，表示正在读写SDRAM测试*/
17 LED_BLUE;
18 /*对SDRAM进行读写测试，检测SDRAM是否正常*/
19 if (SDRAM_Test()==1)
20 {
21 //测试正常绿灯亮
22 LED_GREEN;
23 }
24 else
25 {
26 //测试失败红灯亮
27 LED_RED;
28 }
29 while (1);
30 }
函数中初始化了LED、串口，接着调用前面定义好的SDRAM_Init函数初始化FMC及SDRAM，然后调用自定义的测试函数SDRAM_Test尝试使用SDRAM存取8、16及32位数据，并进行读写校验，它就是使用指针的方式存取数据并校验而已，此处不展开。
注意对SDRAM存储空间的数据操作都要在SDRAM_Init初始化FMC之后，否则数据是无法正常存储的。
下载验证
用USB线连接开发板"USB TO UART"接口跟电脑，在电脑端打开串口调试助手，把编译好的程序下载到开发板。在串口调试助手可看到SDRAM测试的调试信息。
26.9 每课一问
5. 如果要把SDRAM映射到FMC SDRAM的存储区域1，需要如何修改STM32与SDRAM的硬件连接？程序上需要修改哪些内容？