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【STM32H7教程】第49章 STM32H7的FMC总线应用之SDRAM

【STM32H7教程】第49章 STM32H7的FMC总线应用之SDRAM

2023-04-07

49.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第47章，需要对FMC的基础知识和HAL库的几个常用API有个认识。
学习SDRAM前搞清楚两个问题，一个是SDRAM的基本原理，还有一个就是那几个关键的参数，参数是STM32H7配置SDRAM的关键。这几个参数大概了解是什么意思即可，配置的时候，根据SDRAM的手册配置一下就完成了。
关于SDRAM的学习资料，推荐此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1930。特别是《高手进阶，终极内存技术指南——完整/进阶版》，强烈推荐大家一定看下。
STM32H7驱动32位SDRAM的写速度狂飙376MB/S，读速度189MB/S。http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=91481 。

49.2 SDRAM硬件设计

SDRAM的硬件设计如下：

通过这个硬件设计我们要了解到以下几点知识：

STM32H7采用的32位FMC接口驱动ISSI的SDRAM，型号IS42S32800G-6BLI，最高支持166MHz的时钟，容量32MB。
标准的SDRAM一般都是4个BANK，这个芯片也不例外，芯片的总容量：

2Mbit x 32bit x 4bank = 268,435,456bits = 256Mbit 。

每个BANK由 4096rows x 512columns x 32bits组成。

这个比较重要，配置的时候要用到，也就是12行9列。

片选采用的SDNE0，那么SDRAM的首地址是0xC000 000，控制32MB的空间。
用到引脚所代表的含义：

了解这些知识就够了，剩下就是软件配置时的参数设置。

49.3 SDRAM驱动设计

下面将程序设计中的相关问题逐一为大家做个说明。

49.3.1 第1步，配置SDRAM的几个重要参数

STM32H7把这几个关键的参数做到了一个寄存器里面了，这些参数，手册上面有一些说明，但比较的笼统。

注：更多的参数介绍可以看本章初学者重要提示部分推荐的文档《高手进阶，终极内存技术指南——完整/进阶版》。

tRCD（TRCD）：

在发送列读写命令时必须要与行有效命令有一个间隔，这个间隔被定义为tRCD，即RAS to CASDelay（RAS至CAS延迟），大家也可以理解为行选通周期，这应该是根据芯片存储阵列电子元件响应时间（从一种状态到另一种状态变化的过程）所制定的延迟。tRCD是SDRAM的一个重要时序参数，广义的tRCD以时钟周期数为单位，比如tRCD=2，就代表延迟周期为两个时钟周期。具体到确切的时间，则要根据时钟频率而定，对于STM32H7驱动SDRAM，采用的200MHz，实际使用要做2分频，即100MHz，那么我们设置tRCD=2，就代表20ns的延迟。

CL（CAS Latency）：

在选定列地址后，就已经确定了具体的存储单元，剩下的事情就是数据通过数据I/O通道（DQ）输出到内存总线上了。但是在CAS发出之后，仍要经过一定的时间才能有数据输出，从CAS与读取命令发出到第一笔数据输出的这段时间，被定义为CL（CAS Latency，CAS潜伏期）。由于CL只在读取时出现，所以CL又被称为读取潜伏期（RL，Read Latency）。CL的单位与tRCD一样，为时钟周期数，具体耗时由时钟频率决定。数据写入的操作也是在tRCD之后进行，但此时没有了CL（记住，CL只出现在读取操作中）。

tWR（TWR）：

数据并不是即时地写入存储电容，因为选通三极管（就如读取时一样）与电容的充电必须要有一段时间，所以数据的真正写入需要一定的周期。为了保证数据的可靠写入，都会留出足够的写入/校正时间（tWR，WriteRecovery Time），这个操作也被称作写回（Write Back）。

tRP（TRP）：

在发出预充电命令之后，要经过一段时间才能允许发送RAS行有效命令打开新的工作行，这个间隔被称为tRP（Precharge command Period，预充电有效周期）。和tRCD、CL一样，tRP的单位也是时钟周期数，具体值视时钟频率而定。

49.3.2 第2步，FMC时钟源选择

使用FMC可以选择如下几种时钟源HCLK3，PLL1Q，PLL2R和PER_CK：

我们这里直接使用HCLK3，配置STM32H7的主频为400MHz的时候，HCLK3输出的200MHz，这个速度是FMC支持的最高时钟，正好用于这里：

FMC驱动SDRAM的话，必须对FMC的时钟做2分频或者3分频，而且仅支持这两种分频方式，也就是说，SDRAM时钟可以选择200MHz/2 = 100MHz，或者200MHz/3 = 66MHz。

49.3.3 第3步，SDRAM时序参数配置

SDRAM的时序配置主要是下面几个参数，FMC时钟是200MHz，驱动SDRAM做了2分频，也就是100MHz，一个SDRAM时钟周期就是10ns，下面参数的单位都是10ns：

    SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay    = 2;
    SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;
    SDRAM_Timing.SelfRefreshTime      = 4;
    SDRAM_Timing.RowCycleDelay        = 7;
    SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime    = 2;
    SDRAM_Timing.RPDelay              = 2;
    SDRAM_Timing.RCDDelay             = 2;

下面就把这几个参数逐一为大家做个说明：

TMRD

SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay = 2;

TMRD定义加载模式寄存器的命令与激活命令或刷新命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数，V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TMRD=2就是12ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TMRD = 1时是10ns，超出了性能范围，TMRD=2时是20ns，所以这里取值2。

TXSR

SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;

TXSR定义从发出自刷新命令到发出激活命令之间的延迟。不管那种SDRAM速度等级，此参数都是需要70ns，实际驱动SDRAM是用的100MHz，TXSR = 7时正好是70ns。

TRAS

SDRAM_Timing.SelfRefreshTime = 4;

TRAS定义最短的自刷新周期。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数，V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TRAS=7就是42ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TRAS = 4时是40ns，保险起见这里可以设置TRAS=5，实际测试40ns也是稳定的。

SDRAM_Timing.RowCycleDelay = 7;

TRC定义刷新命令和激活命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数，V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TRC=10就是60ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TRAS = 7时是70ns，设置TRC=6也是可以的，不过保险起见，设置TRAS=7。

SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime = 2;

TWR定义在写命令和预充电命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数（TWR等效于TDPL），V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TWR/TDPL=2就是12ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TWR/TDPL = 1时是10ns，超出了性能访问。设置TWR/TDPL =2时是20ns，所以这里取值2。

SDRAM_Timing.RPDelay = 2;

TRP定义预充电命令与其它命令之间的延迟。SDRAM手册上提供四种速度等级的参数，V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TRP =3就是18ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TRP = 2时是20ns，满足要求。

TRCD

SDRAM_Timing.RCDDelay = 2;

TRCD定义激活命令与读/写命令之间的延迟。SDRAM手册上提供四种速度等级的参数，V7开发板用的SDRAM支持166MHz，TRCD =3就是18ns，而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz，TRCD = 2时是20ns，满足要求。

49.3.4 第4步，SDRAM基本参数配置

SDRAM的基本参数配置如下：

1. hsdram.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK1;

2. hsdram.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_9;

3. hsdram.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12;

4. hsdram.Init.MemoryDataWidth = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_32;

5. hsdram.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;

6. hsdram.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;

7. hsdram.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;

8. hsdram.Init.SDClockPeriod = SDCLOCK_PERIOD;

9. hsdram.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE;

10. hsdram.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0;

第1行：硬件设计上用的BANK1。

第2-3行：ISSI的SDRAM，型号IS42S32800G-6BLI，12行9列。

第4行：SDRAM的带宽是32位。

第5行：SDRAM有4个BANK。

第6行：CAS Latency可以设置Latency1，Latency2和Latency3，实际测试Latency3稳定。

第7行：关闭写保护。

第8行：设置FMC做2分频输出给SDRAM，即200MHz做2分频，SDRAM的时钟是100MHz。

这里的SDCLOCK_PERIOD是个宏定义：

#define SDCLOCK_PERIOD FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2

第9行：使能读突发。

第10行：此位定义CAS延时后延后多少个SDRAM时钟周期读取数据，实际测此位可以设置无需延迟。

49.3.5 第5步，SDRAM初始化

SDRAM的初始化如下：

1. /*

2. ******************************************************************************************************

3. * 函数名: SDRAM初始化序列

4. * 功能说明: 完成SDRAM序列初始化

5. * 形参: hsdram: SDRAM句柄

6. * Command: 命令结构体指针

7. * 返回值: None

8. ******************************************************************************************************

9. */

10. static void SDRAM_Initialization_Sequence(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram,

11. FMC_SDRAM_CommandTypeDef *Command)

12. {

13. __IO uint32_t tmpmrd =0;

14.

15. /*##-1- 时钟使能命令 ##################################################*/

16. Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;

17. Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;;

18. Command->AutoRefreshNumber = 1;

19. Command->ModeRegisterDefinition = 0;

20.

21. /* 发送命令 */

22. HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

23.

24. /*##-2- 插入延迟，至少100us ##################################################*/

25. HAL_Delay(1);

26.

27. /*##-3- 整个SDRAM预充电命令，PALL(precharge all) #############################*/

28. Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;

29. Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;

30. Command->AutoRefreshNumber = 1;

31. Command->ModeRegisterDefinition = 0;

32.

33. /* 发送命令 */

34. HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

35.

36. /*##-4- 自动刷新命令 #######################################################*/

37. Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;

38. Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;

39. Command->AutoRefreshNumber = 8;

40. Command->ModeRegisterDefinition = 0;

41.

42. /* 发送命令 */

43. HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

44.

45. /*##-5- 配置SDRAM模式寄存器 ###############################################*/

46. tmpmrd = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1 |

47. SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL |

48. SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3 |

49. SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |

50. SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;

51.

52. Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;

53. Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;

54. Command->AutoRefreshNumber = 1;

55. Command->ModeRegisterDefinition = tmpmrd;

56.

57. /* 发送命令 */

58. HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

59.

60. /*##-6- 设置自刷新率 ####################################################*/

61. /*

62. SDRAM refresh period / Number of rows）*SDRAM时钟速度 – 20

63. = 64ms / 4096 *100MHz - 20

64. = 1542.5 取值1543

65. */

66. HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(hsdram, REFRESH_COUNT);

67. }

这里把几个关键的地方阐释下：

第16 - 22行，发送时钟使能命令。

第25行，插入延迟，这个延迟是必不可少的，如果要自己移植的话，这个地方要特别注意。

文章来源于:电子工程世界原文链接

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