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。
TRC
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。
TWR
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。
TRP
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。