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使用STM32F103C8扩展RAM空间至PSRAM64H

一、简介

最近在调试STM32F103C8驱动墨水屏的实验，在使用过程中，需要使用大内存的RAM需要，由于C8T6的RAM空间只有20KB，而墨水屏的需要的内存为800*480*2/8=93.75KB。

在网上查了相关的方案，都是使用STM32F103ZE外扩IS62WV51216这种并口SRAM的，使用IS62WV51216需要使用多引脚的STM32F103Zx系列，对于我这种使用背景，不需要上Zx系列，想查找下有没有串口的SRAM方案，但是并没有找到。

网上有成熟的TM32F103Cx系列外扩W25Qxx芯片的方案，但是这是FLASH，不是RAM，也不是我想要的方案。

所以干脆自己做个方案，找到了一块乐鑫的外扩RAM芯片，ESP-PSRAM64H。

查看其引脚分布，W25Qxx和PSRAM64H的引脚基本一致，都是SPI接口的，并且都支持QSPI。

所以直接使用【WeAct Studio】家的BluePill板子，其自带了W25Qxx接口，但是未焊接，所以直接买了一块，准备焊接PSRAM64进行验证测试。

使用的STM32库是标准库，为了保证速度，使用的是硬件SPI。

二、使用

2.1 电路图

STM32F103C8核心板W25Qxx电路图

ESP-PSRAM64的芯片接口

2.2 代码

2.2.1 SPI

使用的是SPI1的接口，为了保证传输速度，使用硬件SPI而不是软件SPI，所以需要先完成SPI的初始化。相关代码：

#include "spi.h"

void SPI1_Init(void)
{
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );//PORTA时钟使能 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,  ENABLE );//SPI1时钟使能 	

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //PA5/6/7复用推挽输出 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA
 	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7);  //PA5/6/7上拉
	
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;		//设置SPI工作模式:设置为主SPI
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;		//设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;		//串行同步时钟的空闲状态为高电平
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;	//串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;		//NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;		//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;	//指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;	//CRC值计算的多项式
	SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器
 
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设
	
	SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输
//	SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);//设置为18M时钟,高速模式
}

//SPI 速度设置函数
//SpeedSet:
//SPI_BaudRatePrescaler_2   2分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_8   8分频   
//SPI_BaudRatePrescaler_16  16分频  
//SPI_BaudRatePrescaler_256 256分频 
void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
  assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
	SPI1->CR1&=0XFFC7;
	SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;	//设置SPI1速度 
	SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); 
}

//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{		
	u8 retry=0;				 	
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
	{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
	}
	SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
	retry=0;

	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
	{
		retry++;
		if(retry>200)return 0;
	}
	return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据					    
}

2.2.2 PSRAM64

psram64.c文件

#include "psram64.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

/*
CS<--->PA4
SCLK<--->PA5
MISO<--->PA6
MOSI<--->PA7
*/

u8 PSRAM64_ReadID(void)
{
	u8 MFID,KGD,EID[6],i;
	PSRAM64_CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(0x9F);//发送读取ID命令	    
	SPI1_ReadWriteByte(0x00);
	SPI1_ReadWriteByte(0x00);
	SPI1_ReadWriteByte(0x00);
	MFID = SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
	KGD = SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
	for(i=0; i<6; i++)
		EID[i] = SPI1_ReadWriteByte(0xFF);
	PSRAM64_CS=1;
	printf("MDIF=0x%02X\r\n", MFID);
	printf("KGD=0x%02X\r\n", KGD);
	printf("EID=0x%02X%02X%02X%02X%02X%02X\r\n",EID[0],EID[1],EID[2],EID[3],EID[4],EID[5]);
	return KGD;
}

void PSRAM64_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{
	u16 i;
	PSRAM64_CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(PSRAM64_ReadData);       //写读数据命令
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16));  	//写读数据地址  
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
	SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
	for(i=0;i<NumByteToRead;i++)								//读数据
	{
		pBuffer[i]=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);
	}
	PSRAM64_CS=1;
}

void PSRAM64_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToRead)
{
	u16 i;
	PSRAM64_CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(PSRAM64_WriteData);       	//写写数据命令
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16));  	//写写数据地址
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
	SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
	for(i=0;i<NumByteToRead;i++)							//写数据
	{ 
		SPI1_ReadWriteByte(pBuffer[i]);
	}
	PSRAM64_CS=1;
}

void PSRAM64_DataReset(u32 WriteAddr,u16 NumByteToRead)
{
	u16 i;
	PSRAM64_CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(PSRAM64_WriteData);        //写写数据命令
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16));  	//写写数据地址
	SPI1_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
	SPI1_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
	for(i=0;i<NumByteToRead;i++)								//复位数据,写0x00
	{ 
		SPI1_ReadWriteByte(0x00);
	}
	PSRAM64_CS=1;
}

void PSRAM64_Reset(void)
{
	PSRAM64_CS=0;
	SPI1_ReadWriteByte(PSRAM64_RESET_ENABLE);   //复位使能
	SPI1_ReadWriteByte(PSRAM64_RESET_CMD);  		//复位
	PSRAM64_CS=1;
}

u8 PSRAM64_Test(void)
{
	u32 addr=0,data,ret=0;
	for(addr=0; addr<PSRAM64_SIZE; addr+=4)
	{
		PSRAM64_Write((u8*)&addr, addr, 4);
		if((addr&0xFFFF)==0)
			printf("write %d/%d\r\n", addr>>16, PSRAM64_SIZE>>16);
	}
	for(addr=0; addr<PSRAM64_SIZE; addr+=4)
	{
		PSRAM64_Read((u8*)&data, addr, 4);
		if(data!=addr)
		{
			printf("read error, addr(0x%08X),data(0x%08X)\r\n", addr, data);
			ret++;
		}
		if((addr&0xFFFF)==0)
			printf("read %d/%d\r\n", addr>>16, PSRAM64_SIZE>>16);
	}
	if(ret==0)
		printf("PSRAM64 测试成功\r\n");
	else
		printf("PSRAM64 测试失败,ret(%d)\r\n",ret);
	return ret;
}

void PSRAM64_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );//PORTA时钟使能 

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;  // PA4 推挽 
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
	PSRAM64_CS=1;				//SPI FLASH不选中
	
	SPI1_Init();
	
	delay_ms(10);
	PSRAM64_Reset();
	PSRAM64_ReadID();
	
	PSRAM64_Test();
}

实现了对PSRAM64的测试，按照4字节为单位，对整块芯片的内存进行写，再对写入的数据进行读，对比写入的数据和读出的数据是否一致。

psram64.h文件

#ifndef __PSRAM64_H__
#define __PSRAM64_H__	 
#include "sys.h"

//容量:64Mb=8MB
#define PSRAM64_SIZE 					8388608//8*1024*1024

#define PSRAM64_ReadData			0x03
#define PSRAM64_WriteData			0x02
#define PSRAM64_RESET_ENABLE	0x66
#define PSRAM64_RESET_CMD			0x99


#define	PSRAM64_CS 		PAout(4)  		//PSRAM64的片选信号


u8 PSRAM64_ReadID(void);
void PSRAM64_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead);
void PSRAM64_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToRead);
void PSRAM64_DataReset(u32 WriteAddr,u16 NumByteToRead);
void PSRAM64_Init(void);
#endif

三、测试结果

3.1 读取ID及写数据

3.2 读数据

四、后记

  1. PSRAM64也是支持QSPI的，但是由于目前对QSPI不太熟悉，并且F103也不支持QSPI，后续准备使用QSPI完成对此芯片的读取。
  2. 对于数据手册中的多种读取方式并没有深入了解，不太明白相关概念，后续有机会再继续研究。比如32字节/1K字节突发wrap模式，不太明白是什么意思。也不太清楚低频率和高频率的读是什么区别。
  3. 对于其他外扩串口RAM芯片，比如LY68L6400、APS6404L，也需要完成相关功能的验证。

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