STM32是ST(意法半導(dǎo)體)公司推出的基于ARM內(nèi)核Cortex－M3的32位微控制器系列。Cortex－M3內(nèi)核是為低功耗和價格敏感的應(yīng)用而專門設(shè)計的，具有突出的能效比和處理速度。通過采用Thumb－2高密度指令集，Cortex－M3內(nèi)核降低了系統(tǒng)存儲要求，同時快速的中斷處理能夠滿足控制領(lǐng)域的高實時性要求，使基于該內(nèi)核設(shè)計的STM32系列微控制器能夠以更優(yōu)越的性價比，面向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

STM32系列微控制器為用戶提供了豐富的選擇，可適用于工業(yè)控制、智能家電、建筑安防、醫(yī)療設(shè)備以及消費類電子產(chǎn)品等多方位嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。STM32系列采用一種新型的存儲器擴(kuò)展技術(shù)——FSMC，在外部存儲器擴(kuò)展方面具有獨特的優(yōu)勢，可根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需要，方便地進(jìn)行不同類型大容量靜態(tài)存儲器的擴(kuò)展。

PART 2 FMSC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1

FSMC技術(shù)優(yōu)勢

①支持多種靜態(tài)存儲器類型。STM32通過FSMC可以與SRAM、ROM、PSRAM、NORFlash和NANDFlash存儲器的引腳直接相連。

②支持豐富的存儲操作方法。FSMC不僅支持多種數(shù)據(jù)寬度的異步讀／寫操作，而且支持對NOR／PSRAM／NAND存儲器的同步突發(fā)訪問方式。

③支持同時擴(kuò)展多種存儲器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨立的，可用于擴(kuò)展不同類型的存儲器。當(dāng)系統(tǒng)中擴(kuò)展和使用多個外部存儲器時，F(xiàn)SMC會通過總線懸空延遲時間參數(shù)的設(shè)置，防止各存儲器對總線的訪問沖突。

④支持更為廣泛的存儲器型號。通過對FSMC的時間參數(shù)設(shè)置，擴(kuò)大了系統(tǒng)中可用存儲器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲芯片選擇空間。

⑤支持代碼從FSMC擴(kuò)展的外部存儲器中直接運(yùn)行，而不需要首先調(diào)入內(nèi)部SRAM。

2.2

FSMC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

STM32微控制器之所以能夠支持NORFlash和NANDFlash這兩類訪問方式完全不同的存儲器擴(kuò)展，是因為FSMC內(nèi)部實際包括NORFlash和NAND／PCCard兩個控制器，分別支持兩種截然不同的存儲器訪問方式。在STM32內(nèi)部，F(xiàn)SMC的一端通過內(nèi)部高速總線AHB連接到內(nèi)核Cortex－M3，另一端則是面向擴(kuò)展存儲器的外部總線。

內(nèi)核對外部存儲器的訪問信號發(fā)送到AHB總線后，經(jīng)過FSMC轉(zhuǎn)換為符合外部存儲器通信規(guī)約的信號，送到外部存儲器的相應(yīng)引腳，實現(xiàn)內(nèi)核與外部存儲器之間的數(shù)據(jù)交互。FSMC起到橋梁作用，既能夠進(jìn)行信號類型的轉(zhuǎn)換，又能夠進(jìn)行信號寬度和時序的調(diào)整，屏蔽掉不同存儲類型的差異，使之對內(nèi)核而言沒有區(qū)別。

2.3

FSMC映射地址空間

FSMC管理1GB的映射地址空間。該空間劃分為4個大小為256MB的BANK，每個BANK又劃分為4個64MB的子BANK，如表1所列。FSMC中的2個控制器管理的映射地址空間不同。NORFlash控制器管理第1個BANK，NAND／PCCard控制器管理第2～4個BANK。

由于兩個控制器管理的存儲器類型不同，擴(kuò)展時應(yīng)根據(jù)選用的存儲設(shè)備類型確定其映射位置。其中，BANK1的4個子BANK擁有獨立的片選線和控制寄存器，可分別擴(kuò)展一個獨立的存儲設(shè)備，而BANK2～BANK4只有一組控制寄存器。

PART 3 FSMC擴(kuò)展外部SRAM配置

3.1

FSMC擴(kuò)展外部SRAM配置

在STM32與FPGA進(jìn)行通信的時候，F(xiàn)PGA其實可以看做STM32外部的SRAM。因此相應(yīng)的配置可以參考對外部SRAM的配置。

SRAM／ROM、NORFlash和PSRAM類型的外部存儲器都是由FSMC的NORFlash控制器管理的，擴(kuò)展方法基本相同，其中NORFlash最為復(fù)雜。通過FSMC擴(kuò)展外部存儲器時，除了傳統(tǒng)存儲器擴(kuò)展所需要的硬件電路外，還需要進(jìn)行FSMC初始化配置。

FSMC提供大量、細(xì)致的可編程參數(shù)，以便能夠靈活地進(jìn)行各種不同類型、不同速度的存儲器擴(kuò)展。外部存儲器能否正常工作的關(guān)鍵在于：用戶能否根據(jù)選用的存儲器型號，對配置寄存器進(jìn)行合理的初始化配置。

3.2

讀寫時序控制

異步通信模式1：SRAM/CRAM

3.3

配置存儲器基本特征

通過對FSMC特殊功能寄存器FSMC_BCRi(i為子BANK號，i=1，…，4)中對應(yīng)控制位的設(shè)置，F(xiàn)SMC根據(jù)不同存儲器特征可靈活地進(jìn)行工作方式和信號的調(diào)整。根據(jù)選用的存儲器芯片確定需要配置的存儲器特征，主要包括以下方面：

①存儲器類型(MTYPE)是SRAM／ROM、PSRAM，還是NORFlaSh；

②存儲芯片的地址和數(shù)據(jù)引腳是否復(fù)用(MUXEN)，F(xiàn)SMC可以直接與AD0～AD15復(fù)用的存儲器相連，不需要增加外部器件；

③存儲芯片的數(shù)據(jù)線寬度(MWID)，F(xiàn)SMC支持8位／16位兩種外部數(shù)據(jù)總線寬度；

④對于NORFlash(PSRAM)，是否采用同步突發(fā)訪問方式(BURSTEN)；

⑤對于NORFlash(PSRAM)，NWAIT信號的特性說明(WAITEN、WAITCFG、WAITPOL)；

⑥對于該存儲芯片的讀／寫操作，是否采用相同的時序參數(shù)來確定時序關(guān)系(EXTMOD)。

3.4

配置存儲器時序參數(shù)

FSMC通過使用可編程的存儲器時序參數(shù)寄存器，拓寬了可選用的外部存儲器的速度范圍。FSMC的SRAM控制器支持同步和異步突發(fā)兩種訪問方式。

選用同步突發(fā)訪問方式時，F(xiàn)SMC將HCLK(系統(tǒng)時鐘)分頻后，發(fā)送給外部存儲器作為同步時鐘信號FSMC_CLK。

此時需要的設(shè)置的時間參數(shù)有2個：

①HCLK與FSMC_CLK的分頻系數(shù)(CLKDIV)，可以為2～16分頻；

②同步突發(fā)訪問中獲得第1個數(shù)據(jù)所需要的等待延遲(DATLAT)。

對于異步突發(fā)訪問方式，F(xiàn)SMC主要設(shè)置3個時間參數(shù)：地址建立時間(ADDSET)、數(shù)據(jù)建立時間(DATAST)和地址保持時間(ADDHLD)。FSMC綜合了SRAM／ROM、PSRAM和NORFlash產(chǎn)品的信號特點，定義了4種不同的異步時序模型。選用不同的時序模型時，需要設(shè)置不同的時序參數(shù)，如表2所列。

在實際擴(kuò)展時，根據(jù)選用存儲器的特征確定時序模型，從而確定各時間參數(shù)與存儲器讀／寫周期參數(shù)指標(biāo)之間的計算關(guān)系；利用該計算關(guān)系和存儲芯片數(shù)據(jù)手冊中給定的參數(shù)指標(biāo)，可計算出FSMC所需要的各時間參數(shù)，從而對時間參數(shù)寄存器進(jìn)行合理的配置。

PART 4 STM32擴(kuò)展外部SRAM實例

4.1

難點解析

4.1.1 數(shù)據(jù)傳輸自動化

第一個角度理解STM32有FSMC（其實其他芯片基本都有類似的總線功能），F(xiàn)SMC的好處就是你一旦設(shè)置好之后，WR(寫)、RD(讀)、DB0-DB15這些控制線和數(shù)據(jù)線，都是FSMC自動控制的。打個比方，當(dāng)你在程序中寫到：

*(volatileunsignedshortint*)(0x60000000)=val;

那么FSMC就會自動執(zhí)行一個寫的操作，其對應(yīng)的主控芯片的WE、RD這些腳，就會呈現(xiàn)出寫的時序出來（即WE=0,RD=1），數(shù)據(jù)val的值也會通過

DB0-15自動呈現(xiàn)出來(即FSMC-D0:FSMC-D15=val)。地址0x60000000會被呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上（即A0-A25=0，地址線的對應(yīng)最麻煩，要根據(jù)具體情況來。

4.1.2 硬件連接

硬件平臺：（STM32F103VC+EP3C5E144C8N）

將圖中的IS61WV512BLL改為FPGA對應(yīng)的接口即,可按照模式A-SRAM/PSRAM進(jìn)行連接。

那么在硬件上面，我們需要做的，僅僅是MCU和LCD控制芯片的連接關(guān)系：

WE-WR，均為低電平有效

RD-RD，均為低電平有效

FSMC-D0-15接LCDDB0-15

FSMC_NE1--CS接PD7

連接好之后，讀寫時序都會被FSMC自動完成。但是還有一個很關(guān)鍵的問題，就是RS沒有接因為在FSMC里面，根本就沒有對應(yīng)RS。怎么辦呢？這個時候，有一個好方法，就是用某一根地址線來接RS。

比如我們選擇了A16這根地址線來接，那么當(dāng)我們要寫寄存器（備注：此處應(yīng)為數(shù)據(jù)）的時候，我們需要RS，也就是A16(RS為高)置高。軟件中怎么做呢？也就是將FSMC要寫的地址改成0x60010000，如下：

*(volatileunsignedshortint*)(0x60010000)=val;

這個時候，A16在執(zhí)行其他FSMC的同時會被拉高，因為A0-A18要呈現(xiàn)出0x60010000。0x60010000里面的Bit17=1，就會導(dǎo)致A16為1。要讀數(shù)據(jù)（備注：此處為寄存器）時，地址由0x60010000改為了0x60000000，這個時候A16就為0了。

RS問題：RS為0表示；讀寫寄存器;RS為1，讀寫數(shù)據(jù)RAM；

4.2

STM32固件對FSMC進(jìn)行初始化配置

ST公司為用戶開發(fā)提供了完整、高效的工具和固件庫，其中使用C語言編寫的固件庫提供了覆蓋所有標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)的函數(shù)，使用戶無需使用匯編操作外設(shè)特性，從而提高了程序的可讀性和易維護(hù)性。

STM32固件庫中提供的FSMC的SRAM控制器操作固件，主要包括1個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和3個函數(shù)。

FSMC_NORSRAMInitStructure（調(diào)用庫函數(shù)）

RCC_Configuration();（時鐘選擇）

NVIC_Configuration();（中斷優(yōu)先級）

FSMC_GPIO_Configuration();（連接IO口初始化）

FSMC_SRAM_Init();（FMSC配置）

USART_Initial();（UART1端口配置）

4.3

其他人調(diào)試遇到問題點（摘錄）

項目中需要使用STM32和FPGA通信，使用的是地址線和數(shù)據(jù)線，在FPGA中根據(jù)STM32的讀寫模式A的時序完成寫入和讀取。之前的PCB設(shè)計中只使用了8跟數(shù)據(jù)線和8根地址線，調(diào)試過程中沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，在現(xiàn)在的PCB中使用了8根地址線和16根數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)寬度也改成了16位。

剛開始是讀取數(shù)據(jù)不正確，后來發(fā)現(xiàn)了問題，STM32在16位數(shù)據(jù)寬度下有個內(nèi)外地址映射的問題，只需要把FPGA中的設(shè)定的地址乘以2在STM32中訪問就可以了，但是在寫操作的時候會出現(xiàn)寫當(dāng)前地址的時候把后面的地址寫成0的情況，比如說我給FPGA中定義的偏移地址0x01寫一個16位數(shù)據(jù)，按照地址映射，在STM32中我把地址寫入0x02,。實際測試發(fā)現(xiàn)這個地址上的數(shù)據(jù)是對的，但是FPGA中0x02地址上的數(shù)據(jù)也變成了00。

塊1存儲區(qū)被劃分為4個NOR/PSRAM區(qū)，這四個區(qū)在內(nèi)部地址上是連續(xù)排列的。但是實際上每個區(qū)共用的是同一組地址線與數(shù)據(jù)線，因此需要有內(nèi)外的一個地址映射，因此在STM32中實際上有兩個地址，一個是在內(nèi)部訪問的地址，另外一個是實際地址線輸出的地址。

HADDR[27:0]對應(yīng)的是需要轉(zhuǎn)換到外部存儲器的內(nèi)部AHB地址線，其HADDR[27:26]位用于選擇四個存儲塊之一。HADDR[25:0]包含外部存儲器地址。HADDR是字節(jié)地址，而不同的外部存儲器數(shù)據(jù)長度也不一樣，因此在數(shù)據(jù)寬度為8位和16位時映射關(guān)系也不一樣。

在數(shù)據(jù)寬度為8位時HADDR[25:0]與FSMC_A[25:0]對應(yīng)相連，這時候在STM32中訪問的地址和實際地址線產(chǎn)生的地址是一致的。而在16位數(shù)據(jù)寬度時HADDR[25:1]與FSMC_A[24:0]對應(yīng)相連，HADDR[0]未接，這時候?qū)嶋H地址線上給出的地址為需要訪問的偏移地址的一半。

經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)時實際上是進(jìn)行了多次寫入，導(dǎo)致把后面的地址也給寫上了，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂，后來經(jīng)過學(xué)長提醒，決定把訪問的地址定義為16位的，原來是32位的，經(jīng)過測試問題解決。

所以這兒也算是長了經(jīng)驗，因為我只用了8根地址線，為了避免可能的問題，地址最好定義成對應(yīng)的位數(shù)。但是還是很納悶為什么之前八位數(shù)據(jù)線讀寫的時候沒有這個問題。

PART 5 結(jié)語

STM32作為新一代ARMCortex-M3核處理器，其卓越的性能和功耗控制能夠適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；而其特殊的可變靜態(tài)存儲技術(shù)FSMC具有高度的靈活性，對于存儲容量要求較高的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，能夠在不增加外部分立器件的情況下，擴(kuò)展多種不同類型和容量的存儲芯片，降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。

原文標(biāo)題：FSMC | STM32與FPGA通信

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