代码收藏家技术教程 2024-02-08

单片机FMC外设详细使用方法1【超级详细教程】

单片机的FMC

1 FMC是什么，有什么用

FMC是存储器控制器，它能自动产生控制存储器的逻辑时序，有了它就不用自己去写复杂的控制时序。

FSMC和FMC的区别是什么？

FSMC的功能比FMC少了一个功能，就是FSMC只支持静态，不支持动态。

SRAM 静态存储器

DRAM 动态存储器

SDRAM 是同步动态存储器，不是静态和动态的组合。

FMC是一个片上外设，类似I2C，SPI之类的外设，所以要用它就要知道它的引脚分布，哪些引脚有FMC功能。

下面以都STM32F407为例

FMC能产生时序的控制器

1-FMC是硬件外设

如下所示的FSMC的地址线，数据线，控制线。

2-在这里插入图片描述 3-在这里插入图片描述 4-在这里插入图片描述

2 FMC引脚说明

FSMC驱动不同的外设需要不同的引脚功能，如下所示：

5-在这里插入图片描述

在SDRAM控制器的FMC如下：

6-在这里插入图片描述

FSMC控制不同的存储器要用到不同的引脚，其中：

FSMC_A 是地址线，所有器件公用

FSMC_D 是数据线，所有器件公用

NOR/PSRAM 是NOR和PSRAM类型的控制信号。

NAND/PC 是NAND和PC卡类型的控制信号。

注意：前缀“N”表示相关的信号为低电平有效。

NOR Flash信号：

7-在这里插入图片描述

PSRAM/SRAM信号：

8-在这里插入图片描述

NOR Flash ，PSRAM存储器采用 16 位字寻址。最大容量为 512 Mb（ 26 个地址线）

3 FMC外部器件地址映射

外部存储器被划分为 4 个固定大小的存储区域Bank，每个存储区域的大小为256 MB

9-在这里插入图片描述

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代SDRAM控制器的FMC如下，有两个专用bank：

10-在这里插入图片描述

存储区域1可连接多达4个NOR Flash 或 PSRAM 存储器器件，带4 个专用片选信号。

存储区域 2 和 3 用于连接 NAND Flash 器件（每个存储区域一个器件）

存储区域 4 用于连接 PC 卡设备

3.1 NOR FLASH 和 PSRAM的地址映射

NOR flash和PSRAM这两种都带有SRAM的接口，使用方法相同。

例如要控制一个NOR或者SRAM存储器，就要选择Bank1的存储区域，而每个Bank区域内部又分了4个小块，每一个小块的片选信号连接着对应的片选引脚FSMC_NE1/2/3/4。

当 STM32 访问0x60000000-0x63FFFFFF 地址空间时，FSMC_NE1 引脚会自动设置为低电平。

Bank1的256M字节空间由（ADDR[27:0]）寻址28根地址线 。这里ADDR 是内部AHB地址总线，其中ADDR[25:0]对应外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]对内部4个小块进行寻址：

11-在这里插入图片描述

向地址线上发送的地址数据对应这外部存储器内的地址，Bank1的一小块大小是64MB。

而26根地址总线正好是64MB，即2^26=67 108 864=65 536KB = 64MB，这样FSMC的64MB每个bit位映射着存储器64MB的每个字节。可以这样理解，地址线上发的地址数据每变化一个bit位(或者地址数据每曾加一次)，对应存储器内的一个字节地址。^(也可以这样理解，读数据时发送的地址增加了1，它返回了1个8bit位数据。 ) 这样能访问的bit位就是64MB*8=512Mbit。

由于HADDR 为单字节地址，所以存储器寻址是8bit位宽时就很操作， 当存储器只能按16bit位寻址或者按字寻址时就很麻烦了。为了方便操作，FSMC输出地址时将地址数值右移了一位，从FSMC的bit1开始计数。

12-在这里插入图片描述

当存储器是双字节寻址时，向FSMC地址线上发送的地址数据会被自动右移一位，变成了偶数，实际输出到地址线的数据就是偶数。

虽然是从FSMC_A[1]开始计数的，单FSMC_A[0]不能省略，必须链接到存储器的A[0]上。因为地址依然是16bit位的，只是只计偶数，地址线A[0]上一直是0。

当存储器是按字寻址(32位)时，按照上面的方法地址数据会被自动右移两位，实际输出到地址线的数据就是4的倍数。

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3.2 NAND FLASH和PC卡地址映射

NAND FLASH和PC卡使用的接口相同，这里FSMC的使用方法也相同。

NAND/PC卡的FSMC地址映射区域有三个bank2，bank3，bank4。

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对于控制NAND Flash的Bank2，Bank3区域，其中的每个特性区，通用区又分为三个部分，数据区域，命令区域，地址区域。

15-在这里插入图片描述

4 FMC寄存器

NOR/PSRAM具有SRAM接口的都使用相同的控制器

NAND/PC卡具有NAND Flash接口的使用相同的控制器

控制NOR Flash的寄存器有:

寄存器	名称	功能
FSMC_BCR1/2/3/4	控制寄存器	存储器类型，数据宽度，信号极性
FSMC_BTR11/2/3/4	片选时序寄存器	数据时序，信号保持时间
FSMC_BWTR1/2/3/4	写时序寄存器	专用于写时序的时间控制

5 FMC时钟

FSMC挂在在AHB总线上，时钟信号来自于HCLK(stm32f407 默认168MHz)，FMC控制存储器的同步时钟输出由此分频得到。

16-在这里插入图片描述

FSMC的时钟频率可以通过**FSMC_BTR **寄存器的 **CLKDIV **位配置，分频系数可以是2~16，也就是说，若它与同步类型的 SRAM 通讯时，同步时钟最高频率为84MHz。

同步时钟仅使用于同步存储器，对异步类型的存储器不起作用。

17-在这里插入图片描述

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5.1 FSMC控制异步存储器的时序规则：

同步模式(读或写)，所有输出信号均在HCLK的上升沿变化。

NOEL NWEL NEL NADVL NADVH NBLL  地址有效输出在 FMC_CLK 时钟的下降沿变化。
NOEH NWEH NEH NOEH  	  NBLH  地址有效输出在 FMC_CLK 时钟的上升沿变化。

当存储器为异步类型时，不使用同步时钟信号，所以时钟分频配置不起作用。

根据异步存储器的特点，FSMC又扩展了四种时序模式，模式A，模式B，模式C，模式D。也可以使用混合模式来操作，例如模式A读，模式B写。

如果禁用扩展模式，FSMC可以在两种模式下工作，模式1和模式2
如果选择的存储类型是SRAM、PSRAM类型的，模式1为默认模式，
如果选择的存储类型是NOR存储器类型的，模式2为默认模式

19-在这里插入图片描述

20-在这里插入图片描述

比较以上模式时序

时序模式类型	特性描述	与其它模式的异同
模式1	适用于SRAM/PSRAM (CRAM)	访问阶段需要两个持续时间
模式A	适用于SRAM/PSRAM (CRAM) NOE在读数据时在第二个保持时间为低电平（数据线由存储器控制发出数据时NOE为低）	访问阶段需要两个持续时间
模式2（B)	适用于NOR Flash 时序，有NADV信号，没有NBL信号。模式2和模式B的读取访问相同，写入访问不同，模式1FSMC向数据线发数据时NWE为低。模式B的FSMC向数据线发数据时为高。	访问阶段需要两个持续时间
模式C	适用于NOR Flash 时序，写入访问和和模式2相同。读取访问与模式2不同的是在两个持续时间之间 NOE发生了切换(由高向的跳变)	访问阶段需要两个持续时间
模式D	和模式C相同，就是在第一和第二保持时间之间多了一个中间时间	访问阶段需要三个持续时间

再理解一下上面的地址映射：

Bank是大区域，每个Bank内又分了4个小区域
不同的存储器类型对应着不同的，例如这个寄存器BankFMC_BCR[1……4]，后面的数字对应着4个Bank，库函数里是根据存储器类型来选择对应的Bank的。
而HADDR[26:27]选择是每个Bank中的小区域，同时也对应着MCU外部的4个FSMC_NE引脚。