STM32的FSMC外設(shè)簡(jiǎn)介

01

FSMC特點(diǎn)

Flexible static memory controller(FSMC)靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)控制器。FSMC可以連接異步或同步存儲(chǔ)器或16位PC存儲(chǔ)卡，主要用途有：

• 將 AHB 數(shù)據(jù)通信事務(wù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)耐獠科骷f(xié)議
• 滿足外部器件的訪問(wèn)時(shí)序要求

所有外部存儲(chǔ)器共享地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，但有各自的片選信號(hào)。FSMC 一次只能訪問(wèn)一個(gè)外部器件。

FSMC，即靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)控制器，能夠與同步或異步存儲(chǔ)器和16位PC存儲(chǔ)器卡連接，STM32的FSMC接口支持包括SRAM、NANDFLASH、NORFLASH和PSRAM等存儲(chǔ)器。

△FSMC框圖示意

02

AHB接口

AHB設(shè)備接口可以使內(nèi)部CPU和其他主總線外設(shè)去訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。AHB事務(wù)可以傳輸外部設(shè)備協(xié)議。特別是當(dāng)外部存儲(chǔ)器被選擇位8位或16位，32位的AHB傳輸傳輸事務(wù)會(huì)被劃分為多個(gè)連續(xù)的8位或16的傳輸事務(wù)。片選會(huì)在每次訪問(wèn)時(shí)切換。

通用事務(wù)規(guī)則要求AHB傳輸數(shù)據(jù)寬度必須是8位、16位或32位。但是訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)必須有個(gè)固定的數(shù)據(jù)寬度。這可能導(dǎo)致不一樣的傳輸。

因此必須遵循一些簡(jiǎn)單的事務(wù)規(guī)則：

• AHB事務(wù)數(shù)據(jù)寬度必須和存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寬度相同。在這種情況下不會(huì)出問(wèn)題；
• AHB事務(wù)數(shù)據(jù)寬度大于存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寬度，在這種情況下，F(xiàn)SMC會(huì)將AHB事務(wù)分為多個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器訪問(wèn)，這樣符合外部存儲(chǔ)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)寬度；
• AHB事務(wù)數(shù)據(jù)小存儲(chǔ)器寬度，在這種情況下，異步傳輸可能一致，也可能不一致，這取決于外部設(shè)備的類型。

對(duì)設(shè)備的異步訪問(wèn)要具有字節(jié)選擇功能（SRAM，ROM，PSRAM），①FSMC 允許寫入事務(wù)通過(guò)其字節(jié)選擇通道 NBL[1:0] 訪問(wèn)恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，②允許讀取事務(wù)。會(huì)讀取所有存儲(chǔ)器字節(jié)，并將丟棄無(wú)用的存儲(chǔ)器字節(jié)。 NBL[1:0]在讀取事務(wù)期間保持為低電平。

對(duì)不具有字節(jié)選擇功能的器件（ 16 位 NOR 和 NAND Flash）進(jìn)行異步訪問(wèn)，當(dāng)請(qǐng)求對(duì) 16 位寬的 Flash 存儲(chǔ)器進(jìn)行字節(jié)訪問(wèn)時(shí)會(huì)發(fā)生此情形。

顯然，不能在字節(jié)模式下訪問(wèn)此器件（只能針對(duì) Flash 存儲(chǔ)器讀取或?qū)懭?16 位字），因此①不允許寫入事務(wù)，②允許讀取事務(wù)。會(huì)讀取所有存儲(chǔ)器字節(jié)，并將丟棄無(wú)用的存儲(chǔ)器字節(jié)。 NBL[1:0]在讀取事務(wù)期間保持低電平。

03

外部設(shè)備地址映射

FSMC的外部設(shè)備地址映像，STM32的FSMC將外部存儲(chǔ)器劃分為固定大小為256M字節(jié)的四個(gè)存儲(chǔ)塊：

• 塊1被用于4個(gè)NORflash或者PSRAM內(nèi)存設(shè)備。塊1被劃分為4塊NORflash/PSRAM帶有獨(dú)立的片選信號(hào)。
• 塊2和塊3用于連接NANDflash(一個(gè)塊驅(qū)動(dòng)一個(gè)設(shè)備)
• 塊4用于連接PC塊設(shè)備

對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，所要使用的存儲(chǔ)器類型由用戶在配置寄存器中定義

NOR/PSRAM地址映射

Bank1的256M字節(jié)空間由28根地址線（HADDR[27:0]）尋址。這里HADDR，是內(nèi)部AHB地址總線，但也會(huì)參與對(duì)外部存儲(chǔ)器的尋址，其中，HADDR[25:0]來(lái)自外部存儲(chǔ)器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]對(duì)4個(gè)區(qū)進(jìn)行尋址。如下表所示：

HADDR[25:0] 包含外部存儲(chǔ)器地址。由于HADDR為字節(jié)地址，而存儲(chǔ)器按字尋址，所以根據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寬度不同，實(shí)際向存儲(chǔ)器發(fā)送的地址也將有所不同，如下表所示：

當(dāng)Bank1接的是16位寬度存儲(chǔ)器的時(shí)候：HADDR[25:1]->FSMC_A[24:0]；

當(dāng)Bank1接的是8位寬度存儲(chǔ)器的時(shí)候：HADDR[25:0]->FSMC_A[25:0]；

不論外部接8位/16位寬設(shè)備，F(xiàn)SMC_A[0]永遠(yuǎn)接在外部設(shè)備地址A[0]。

04

NOR/PSRAM控制器

FSMC 會(huì)生成適當(dāng)?shù)男盘?hào)時(shí)序，以驅(qū)動(dòng)以下類型的存儲(chǔ)器

• 異步 SRAM 和 ROM，8位、16位或者32位
• PSRAM，異步模式，突發(fā)模式，復(fù)用或非復(fù)用
• NOR Flash，異步模式或突發(fā)模式，復(fù)用或非復(fù)用

FSMC每個(gè)塊輸出獨(dú)立的片選信號(hào)NE[4:1]。其他信號(hào)(讀，數(shù)據(jù)和控制)是共享的；

對(duì)于同步訪問(wèn)，F(xiàn)SMC僅僅在讀寫事務(wù)時(shí)給選擇的外部設(shè)備發(fā)出時(shí)鐘。HCLK時(shí)鐘頻率是該時(shí)鐘的整數(shù)倍。每個(gè)塊的大小固定64M字節(jié)。

存儲(chǔ)器的可編程參數(shù)包括訪問(wèn)時(shí)序（詳見(jiàn)下圖）和對(duì)等待管理的支持（用于在突發(fā)模式下訪問(wèn)NOR Flash 和PSRAM）。

NOR/PSRAM 的可編程訪問(wèn)參數(shù)

05

外部存儲(chǔ)器接口信號(hào)

非復(fù)用 I/OPSRAM/SRAM

注意：前綴“N”表示相關(guān)的信號(hào)為低電平有效

06

NOR/PSRAM控制器異步事務(wù)

異步靜態(tài)存儲(chǔ)器（NOR Flash、PSRAM、SRAM）

• 信號(hào)通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘 HCLK 進(jìn)行同步，不會(huì)將此時(shí)鐘發(fā)送到存儲(chǔ)器；
• FSMC 總是會(huì)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，而后再禁止片選信號(hào) NE。這樣可以確保符合存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保持時(shí)序的要求（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的芯片使能高電平，通常最低為 0 ns。）；
• 如果使能擴(kuò)展模式（FSMC_BCRx 寄存器中的 EXTMOD 位置 1），則最多可提供四種擴(kuò)展模式（ A、 B、 C 和 D）。可以混合使用 A、 B、 C 和 D 模式來(lái)進(jìn)行讀取和寫入操作。例如，可以在模式 A 下執(zhí)行讀取操作，而在模式 B 下執(zhí)行寫入操作；
• 如果禁用擴(kuò)展模式（FSMC_BCRx 寄存器中的 EXTMOD 位復(fù)位），則 FSMC 可以在模式 1 或模式 2 下運(yùn)行，如下所述①當(dāng)選擇 SRAM/CRAM 存儲(chǔ)器類型時(shí)，模式 1 為默認(rèn)模式（ FSMC_BCRx 寄存器中MTYP = 0x0 或 0x01）②當(dāng)選擇 NOR 存儲(chǔ)器類型時(shí)，模式 2 為默認(rèn)模式（ FSMC_BCRx 寄存器中 MTYP =0x10）

對(duì)于這5種模式，總結(jié)如下:

模式1/A：SRAM/PSRAM(CRAM)OE翻轉(zhuǎn)，模式A與模式1的區(qū)別是NOE的變化和相互獨(dú)立的讀寫時(shí)序。

模式2/B：NOR閃存，模式2/B與模式1相比較，不同的是NADV的變化，且在擴(kuò)展模式下(模式B)讀寫時(shí)序相互獨(dú)立。（只有當(dāng)設(shè)置了擴(kuò)展模式時(shí)(模式B)，F(xiàn)SMC_BWTRx才有效，否則該寄存器的內(nèi)容不起作用。）

模式C ：NOR閃存- OE翻轉(zhuǎn)，模式C與模式1不同的是，NOE和NADV的翻轉(zhuǎn)變化，以及獨(dú)立的讀寫時(shí)序；

模式D：帶地址擴(kuò)展的異步操作，模式D與模式1不同的是NADV的翻轉(zhuǎn)變化，NOE的翻轉(zhuǎn)出現(xiàn)在NADV翻轉(zhuǎn)之后，并且具有獨(dú)立的讀寫時(shí)序。

07

模式1

模式 1 -SRAM/PSRAM (CRAM)

下圖顯示了所遵循的受支持模式的讀寫事務(wù)通過(guò)配置FSMC_BCRx, and FSMC_BTRx/FSMC_BWTRx寄存器

▽模式1讀訪問(wèn)

▽模式1寫訪問(wèn)

位于寫入事務(wù)末尾的一個(gè)HCLK 周期有助于確保NWE 上升沿之后的地址和數(shù)據(jù)保持時(shí)間。由于存在此HCLK 周期，DATAST 值必須大于零(DATAST > 0)。

08

模式A

模式 A -SRAM/PSRAM (CRAM) OE 切換

▽模式A讀訪問(wèn)

▽模式A寫訪問(wèn)

與模式1的不同之處在于NOE 的切換與獨(dú)立的讀取和寫入時(shí)序

對(duì)于模式A，

ADDSET就是NWE的高電平時(shí)間，也就是地址建立時(shí)間

DATAST就是NWE的低電平時(shí)間，也就是數(shù)據(jù)保持時(shí)間

09

代碼說(shuō)明

readWriteTiming.FSMC_AddressSetupTime = 0x02;   //地址建立時(shí)間（ADDSET）為2個(gè)HCLK 2*1/120M=16ns
readWriteTiming.FSMC_AddressHoldTime = 0x02;   //地址保持時(shí)間（ADDHLD）,16ns  
readWriteTiming.FSMC_DataSetupTime = 0x06;     //數(shù)據(jù)建立時(shí)間，50ns
readWriteTiming.FSMC_BusTurnAroundDuration = 0x00;//總線恢復(fù)時(shí)間
readWriteTiming.FSMC_CLKDivision = 0x00;// 時(shí)鐘分頻因子 
readWriteTiming.FSMC_DataLatency = 0x00;//數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)間
readWriteTiming.FSMC_AccessMode = FSMC_AccessMode_A;   //模式A

FSMC_AddressSetupTime： 這些位定義地址的建立時(shí)間，適用于SRAM、ROM和異步總線復(fù)用模式的NOR閃存操作。

FSMC_AddressHoldTime ： 這些位定義地址的保持時(shí)間，適用于SRAM、ROM和異步總線復(fù)用模式的NOR閃存操作。

FSMC_DataSetupTime： 這些位定義數(shù)據(jù)的保持時(shí)間，適用于SRAM、ROM和異步總線復(fù)用模式的NOR閃存操作。

F SMC_BusTurnAroundDuration： 這些位用于定義一次讀操作之后在總線上的延遲(僅適用于總線復(fù)用模式的NOR閃存操作)，一次讀操作之后控制器需要在數(shù)據(jù)總線上為下次操作送出地址，這個(gè)延遲就是為了防止總線沖突。如果擴(kuò)展的存儲(chǔ)器系統(tǒng)不包含總線復(fù)用模式的存儲(chǔ)器，或最慢的存儲(chǔ)器可以在6個(gè)HCLK時(shí)鐘周期內(nèi)將數(shù)據(jù)總線恢復(fù)到高阻狀態(tài)，可以設(shè)置這個(gè)參數(shù)為其最小值。

FSMC_CLKDivision ： 定義CLK時(shí)鐘輸出信號(hào)的周期，以HCLK周期數(shù)表示。

FSMC_DataLatency： 處于同步成組模式的NOR閃存，需要定義在讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)之前等待的存儲(chǔ)器周期數(shù)目。這個(gè)時(shí)間參數(shù)不是以HCLK表示，而是以閃存時(shí)鐘(CLK)表示。在訪問(wèn)異步NOR閃存、SRAM或ROM時(shí)，這個(gè)參數(shù)不起作用。操作CRAM時(shí)，這個(gè)參數(shù)必須為0

FSMC_AccessMode ： 訪問(wèn)模式

FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_Bank = FSMC_Bank1_NORSRAM1;//  這里我們使用NE1 ，也就對(duì)應(yīng)BTCR[6],[7]。
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_DataAddressMux = FSMC_DataAddressMux_Disable;// 不復(fù)用數(shù)據(jù)地址
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryType = FSMC_MemoryType_SRAM;// FSMC_MemoryType_SRAM; 
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b;//存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寬度為8bit   
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_BurstAccessMode = FSMC_BurstAccessMode_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_AsynchronousWait = FSMC_AsynchronousWait_Disable;  
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalPolarity = FSMC_WaitSignalPolarity_Low;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WrapMode = FSMC_WrapMode_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignalActive = FSMC_WaitSignalActive_BeforeWaitState;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteOperation = FSMC_WriteOperation_Enable;//  存儲(chǔ)器寫使能
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WaitSignal = FSMC_WaitSignal_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ExtendedMode = FSMC_ExtendedMode_Disable;// 讀寫使用相同的時(shí)序
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteBurst = FSMC_WriteBurst_Disable;
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_ReadWriteTimingStruct = &readWriteTiming;//讀寫時(shí)序
FSMC_NORSRAMInitStructure.FSMC_WriteTimingStruct = &readWriteTiming;//寫時(shí)序

FSMC_Bank： nor被分為四塊，其中這個(gè)參數(shù)是說(shuō)明對(duì)那個(gè)塊編程

FSMC_DataAddressMux： 地址\\數(shù)據(jù)是否復(fù)用

FSMC_MemoryType： 存儲(chǔ)器類型

FSMC_MemoryDataWidth： 數(shù)據(jù)總線寬度8位/16位

FSMC_BurstAccessMode： 是否進(jìn)行成組模式訪問(wèn)

FS MC_WaitSignalPolarity： 等待信號(hào)有效級(jí)性

FSMC_WrapMode： 該位決定控制器是否支持把非對(duì)齊的AHB成組操作分割成2次線性操作；該位僅在存儲(chǔ)器的成組模式下有效。

FSMC_WaitSignalActive： 當(dāng)閃存存儲(chǔ)器處于成組傳輸模式時(shí)，NWAIT信號(hào)指示從閃存存儲(chǔ)器出來(lái)的數(shù)據(jù)是否有效或是否需要插入等待周期。該位決定存儲(chǔ)器是在等待狀態(tài)之前的一個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生NWAIT信號(hào)，還是在等待狀態(tài)期間產(chǎn)生NWAIT信號(hào)。

FSMC_WriteOperation： 該位指示FSMC是否允許/禁止對(duì)存儲(chǔ)器的寫操作。

FSMC_WaitSignal： 當(dāng)閃存存儲(chǔ)器處于成組傳輸模式時(shí)，這一位允許/禁止通過(guò)NWAIT信號(hào)插入等待狀態(tài)。

FSMC_ExtendedMode：該位允許FSMC使用FSMC_BWTR寄存器，即允許讀和寫使用不同的時(shí)序。

FSMC_WriteBurst： 對(duì)于處于成組傳輸模式的閃存存儲(chǔ)器，這一位允許/禁止通過(guò)NWAIT信號(hào)插入等待狀態(tài)。讀操作的同步成組傳輸協(xié)議使能位是FSMC_BCRx寄存器的BURSTEN位。

FSMC_ReadWriteTimingStruct： 讀時(shí)序配置指針

FSMC_WriteTimingStruct： 寫時(shí)序配置指針