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25.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

EXMC外設(shè)原理和配置
EXMC NOR/SRAM模式介紹
外部SRAM接口時(shí)序和操作方式

25.2實(shí)驗(yàn)原理

MCU的片內(nèi)SRAM空間有限，在做一些大量數(shù)據(jù)處理、GUI顯示等應(yīng)用中片內(nèi)SRAM容量無法滿足應(yīng)用需求，而外部SRAM器件讀寫速度快，不需要自刷新，工作穩(wěn)定，是性能最優(yōu)的外擴(kuò)RAM選擇之一。MCU通過EXMC接口可以實(shí)現(xiàn)外部SRAM的接口通信協(xié)議，同時(shí)可映射到內(nèi)部地址實(shí)現(xiàn)和內(nèi)部ram相同的操作方式。

25.2.1EXMC外設(shè)原理

EXMC是MCU的外部存儲(chǔ)控制器，可以配置實(shí)現(xiàn)各類片外設(shè)備的通信協(xié)議，包括SRAM、PSRAM、NOR FLASH、NAND FLASH等，也可以通過配置實(shí)現(xiàn)一些其他通信協(xié)議，如8080接口的LCD驅(qū)動(dòng)、FPGA通信等，可靈活的實(shí)現(xiàn)很多異步同步信號(hào)輸入輸出，時(shí)序時(shí)間可配置。更重要的是EXMC可通過地址映射方式實(shí)現(xiàn)MCU內(nèi)部總線協(xié)議到外部器件通信的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)讀取和輸出能力。

EXMC系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示，外部SRAM使用NOR-Flash/PSRAM控制器實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議，使用NWE、NOE、EXMC_Dx、EXMC_Ax、EXMC_NBLx、EXMC_NEx引腳和SRAM器件進(jìn)行連接。

EXMC根據(jù)不同存儲(chǔ)器類型，對(duì)應(yīng)有4個(gè)BANK，每個(gè)BANK各256MB占用了不同地址空間。訪問對(duì)應(yīng)BANK區(qū)的地址時(shí)EXMC會(huì)自動(dòng)按對(duì)應(yīng)改區(qū)存儲(chǔ)類型的時(shí)序和配置進(jìn)行通信。

25.2.2EXMC NOR/SRAM模式介紹

如SRAM/NOR類型對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)锽ANK0總計(jì)256MB空間。而BANK0其中有分了4個(gè)Regions各64MB，每個(gè)Regions分別對(duì)應(yīng)NE0——NE4引腳連接的器件，可以連接4個(gè)64MB SRAM就可以組成256MB的連續(xù)SRAM地址空間，也可以連接4個(gè)NOR或者2個(gè)NOR和2個(gè)SRAM的組合方式。

訪問外部SRAM時(shí)，采用了EXMC SRAM異步訪問模式A，讀寫開始時(shí)NE先拉低，接著地址先建立并保持，同時(shí)其他信號(hào)根據(jù)當(dāng)前訪問方向等進(jìn)行信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出，接下來MCU或器件輸出數(shù)據(jù)信號(hào)建立，在輸出使能的邊沿進(jìn)行采樣，讀寫結(jié)束NE拉高。讀寫信號(hào)時(shí)序如下圖：

在這個(gè)時(shí)序過程中，很多參數(shù)可以進(jìn)行配置調(diào)節(jié)，其中主要是地址建立和保持、數(shù)據(jù)建立的參數(shù)，一般根據(jù)速率要求、硬件信號(hào)斜率限制來平衡這個(gè)參數(shù)，目標(biāo)為達(dá)到一個(gè)滿足穩(wěn)定性的最高速率參數(shù)。相關(guān)參數(shù)如下表所示：

25.2.3外部SRAM器件原理

sram存儲(chǔ)模型可以使用下圖說明：

SRAM內(nèi)部包含的存儲(chǔ)陣列，和表格查找一樣，指定一個(gè)行地址和列地址，就可以精確地找到目標(biāo)BIT單元格，這是SRAM芯片尋址的基本原理。這樣的每個(gè)單元格被稱為存儲(chǔ)單元，而這樣的表則被稱為存儲(chǔ)矩陣。地址譯碼器把N根地址線轉(zhuǎn)換成2的N次方根信號(hào)線，每根信號(hào)線對(duì)應(yīng)一行或一列存儲(chǔ)單元，通過地址線找到具體的存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)尋址。如果存儲(chǔ)陣列比較大，地址線會(huì)分成行和列地址，或者行、列分時(shí)復(fù)用同一地址總線，訪問數(shù)據(jù)尋址時(shí)先用地址線傳輸行地址再傳輸列地址。

在外部SRAM上，列地址對(duì)應(yīng)了數(shù)據(jù)寬度，如例程所用的IS62WV51216BLL為16位寬度，故而行地址范圍是19，對(duì)應(yīng)了IS62WV51216BLL的A0-A19引腳，主控芯片通過A0-A19引腳即可實(shí)現(xiàn)對(duì)行地址進(jìn)行尋址訪問到對(duì)應(yīng)的16BIT數(shù)據(jù)。

如下圖所示為外部SRAM接口信號(hào)，主控通過特定接口按時(shí)序即可時(shí)序地址發(fā)送、數(shù)據(jù)發(fā)送和讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定地址數(shù)據(jù)的讀寫。

25.3硬件設(shè)計(jì)

如下是IS62WV51216BLL的原理圖設(shè)計(jì)，MCU通過EXMC相關(guān)對(duì)應(yīng)接口連接到SRAM。

SRAM作為敏感器件，需要保證電源的穩(wěn)定、減少噪聲，串接了磁珠后供電，同時(shí)對(duì)sram的vdd引腳必須就近放置0.1uf去耦電容，若整個(gè)系統(tǒng)中存在較多其他負(fù)載，可以再增加較大電容穩(wěn)定電源。
SRAM的CS引腳通過MCU EXMC_NEx引腳控制，由于片選信號(hào)較為關(guān)鍵，避免MCU在EXMC多器件時(shí)懸空信號(hào)不穩(wěn)定導(dǎo)致誤操作，需要增加上拉電阻；在這里，上拉電阻應(yīng)當(dāng)靠近SRAM放置，減少連接回路上的耦合干擾。

25.4代碼解析

EXMC在初始化后，基本上通過程序的地址映射就可以進(jìn)行操作了，需要根據(jù)外部器件的要求進(jìn)行exmc相關(guān)參數(shù)配置，exmc可配置參數(shù)有很多，但選定好一個(gè)模式后實(shí)際在這個(gè)模式下需要配置的參數(shù)是有限的，一些結(jié)構(gòu)體成員只需要按默認(rèn)參數(shù)配置即可。

25.4.1EXMC SRAM模式初始化

在sram訪問時(shí)，可能會(huì)調(diào)整的exmc參數(shù)如下：

其中數(shù)據(jù)建立、地址建立、地址保持三個(gè)參數(shù)尤其關(guān)鍵，影響到最終的速率以及穩(wěn)定性，需要根據(jù)器件、電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、信號(hào)測(cè)試綜合來調(diào)試選取合適的值；其單位為AHB CLK。

整個(gè)SRAM配置過程主要包含：GPIO和EXMC外設(shè)接口時(shí)鐘、GPIO配置、EXMC相關(guān)參數(shù)配置，完整代碼如下：

C
/*!
* 說明 emxc nor/sram模式初始化
* 輸入[1] norsram_region: @EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION1/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION2/EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION3
* 返回值無
*/
void driver_exmc_sram_init(uint32_t norsram_region)
{
exmc_norsram_parameter_struct nor_init_struct;
exmc_norsram_timing_parameter_struct nor_timing_init_struct;

/* EXMC clock enable */
rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC);

/* EXMC enable */
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOG);

/* configure EXMC_D[0~15]*/
/* PD14(EXMC_D0), PD15(EXMC_D1),PD0(EXMC_D2), PD1(EXMC_D3), PD8(EXMC_D13), PD9(EXMC_D14), PD10(EXMC_D15) */
gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1| GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

/* PE7(EXMC_D4), PE8(EXMC_D5), PE9(EXMC_D6), PE10(EXMC_D7), PE11(EXMC_D8), PE12(EXMC_D9),
PE13(EXMC_D10), PE14(EXMC_D11), PE15(EXMC_D12) */
gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 |
GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12 |
GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

/* configure NBL0(PE0) and NBL1(PE1) */
gpio_init(GPIOG, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);

/* configure NBL0(PE0) and NBL1(PE1) */
gpio_init(GPIOF, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15);

exmc_norsram_struct_para_init(&nor_init_struct);

/* config timing parameter */
nor_timing_init_struct.asyn_access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_A;
nor_timing_init_struct.syn_data_latency = EXMC_DATALAT_2_CLK;
nor_timing_init_struct.syn_clk_division = EXMC_SYN_CLOCK_RATIO_2_CLK;
nor_timing_init_struct.bus_latency = 0;
nor_timing_init_struct.asyn_data_setuptime = 8;
nor_timing_init_struct.asyn_address_holdtime = 8;
nor_timing_init_struct.asyn_address_setuptime = 8;

/* config EXMC bus parameters */
nor_init_struct.norsram_region = norsram_region;
nor_init_struct.write_mode = EXMC_ASYN_WRITE;
nor_init_struct.extended_mode = DISABLE;
nor_init_struct.asyn_wait = DISABLE;
nor_init_struct.nwait_signal = DISABLE;
nor_init_struct.memory_write = ENABLE;
nor_init_struct.nwait_config = EXMC_NWAIT_CONFIG_BEFORE;
nor_init_struct.wrap_burst_mode = DISABLE;
nor_init_struct.nwait_polarity = EXMC_NWAIT_POLARITY_LOW;
nor_init_struct.burst_mode = DISABLE;
nor_init_struct.databus_width = EXMC_NOR_DATABUS_WIDTH_16B;
nor_init_struct.memory_type = EXMC_MEMORY_TYPE_SRAM;
nor_init_struct.address_data_mux = DISABLE;
nor_init_struct.read_write_timing = &nor_timing_init_struct;
nor_init_struct.write_timing = &nor_timing_init_struct;
exmc_norsram_init(&nor_init_struct);

/* enable the EXMC bank0 NORSRAM */
exmc_norsram_enable(norsram_region);
}

25.4.2初始化調(diào)用

紅楓派開發(fā)板中SRAM的CS連接引腳為EXMC_NE0引腳，故而對(duì)應(yīng)EXMC BANK0 Region0區(qū)，調(diào)用初始化時(shí)我們傳入?yún)?shù)EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0即可。

C
//初始化exmc norsram region0
driver_exmc_norsram_init(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0);

25.4.3地址映射訪問方式

初始化好后EXMC BANK0 Region0區(qū)的地址可以理解就和外部SRAM形成了映射關(guān)系，讀寫這些地址時(shí)EXMC會(huì)先拉低NE0選擇SRAM進(jìn)行通信和交互；

exmc驅(qū)動(dòng)的頭文件中定義好了BANK的4個(gè)Region地址，我們對(duì)Region0地址讀寫即可實(shí)現(xiàn)外部SRAM的數(shù)據(jù)讀寫。

同樣我們也可以直接在編譯器里定義外部sram地址范圍，直接讓編譯器把定義的變量和數(shù)組放在外部sram中，我們不用再關(guān)心其具體地址；但我們需要在main函數(shù)之前初始化好exmc，可以在啟動(dòng)文件中調(diào)用exmc初始化。

25.4.4main函數(shù)設(shè)計(jì)

mian函數(shù)中通過指針方式以8位、16位、32位寫并讀取校驗(yàn)了外部SRAM數(shù)據(jù)

C
int main(void)
{
uint32_t writereadstatus = 0;

//延時(shí)和公共驅(qū)動(dòng)部分初始化
driver_init();

//打印串口初始化
bsp_uart_init(&BOARD_UART);

//初始化LED組
bsp_led_group_init();
bsp_led_off(&LED0);
bsp_led_off(&LED1);

//初始化exmc norsram region0
driver_exmc_norsram_init(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0);

delay_ms(100);
printf("External sram read and write examples.\r\n");

//以32位讀寫校驗(yàn)
printf("32-bit read/write check.\r\n");
writereadstatus=0;
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
REG32(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*4)=0xa55aa55a;
}
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
if(0xa55aa55a!=REG32(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*4)){
writereadstatus++;
break;
}
}
if(writereadstatus){
bsp_led_on(&LED0);
printf("\r\n32-bit read/write SRAM test failed!");
}else{
bsp_led_on(&LED1);
printf("\r\n32-bit read/write SRAM test successed!");
}

//以16位讀寫校驗(yàn)
printf("16-bit read/write check.\r\n");
writereadstatus=0;
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
REG16(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*2)=0xaaaa;
}
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
if(0xaaaa!=REG16(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index*2)){
writereadstatus++;
break;
}
}
if(writereadstatus){
bsp_led_on(&LED0);
printf("\r\n16-bit read/write SRAM test failed!");
}else{
bsp_led_on(&LED1);
printf("\r\n16-bit read/write SRAM test successed!");
}

//以8位讀寫校驗(yàn)
printf("8-bit read/write check.\r\n");
writereadstatus=0;
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
REG8(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index)=0x55;
}
for(uint32_t index = 0; index < EXMC_SRAM_SIZE; index++ ){
if(0x55!=REG8(EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION0_ADDR+index)){
writereadstatus++;
break;
}
}
if(writereadstatus){
bsp_led_on(&LED0);
printf("\r\n8-bit read/write SRAM test failed!");
}else{
bsp_led_on(&LED1);
printf("\r\n8-bit read/write SRAM test successed!");
}

while (1)
{

}
}

25.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

連接USB轉(zhuǎn)串口，將打印讀寫校驗(yàn)結(jié)果。

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