【海东青电子原创文章，转载请注明出处：https://www.jianshu.com/p/506b0c696707】

在前一篇文章《STM32硬件基础--FSMC》中讨论了FSMC的基本用法，今天来说说FMC。虽然跟FSMC相比，FMC只是少了一个S，但应用难度可是大大增加了。对于连接片外RAM而言，FSMC接的是静态RAM，FMC接的是动态RAM，而控制动态RAM要复杂得多。举个例子：动态RAM需要不停地（周期性的）刷新，否则RAM中的数据就会丢失，这就产生了“管理”问题，如果用一个MCU来连接DRAM，二者之间交换的就不只是数据（SRAM就是如此）那么简单了，还包含有控制信息。这样，DRAM中除了存储数据的单元，还需要有寄存器（模式寄存器，后面将详述）、还得有个对DRAM的“初始化”过程！这么复杂，为什么还要用DRAM呢？用SRAM不就行了吗？DRAM容量大、便宜呀！所以，PC上那几个G的内存条，都是动态RAM类型的。

STM32F746G-DISCO 板子上使用的是MICRON（美光）公司的 MT48LC4M32B2B5-6A SDRAM芯片。SDRAM，同步的动态RAM的意思。同步，就是需要一个片外时钟CLK信号，所有的读写操作都是跟着这个时钟信号走的，这就叫作“同步”。无疑，SDRAM 是本文中的男一号，是讨论的核心。我们的任务就是如何通过MCU来正确读写SDRAM中的数据。

遗憾的是，SDRAM所涉及的技术比较复杂，需要先了解一些SDRAM技术规范，推荐2个背景资料：

1、《高手进阶,终极内存技术指南》，讲解动态RAM的经典之作，初学者必看。了解基本概念即可。

2、《FMC—扩展外部 SDRAM》，一般性地介绍了SDRAM的基础知识，讲的比较清楚。（向技术博客的原作者致谢！）

上面这些背景资料只需要了解基本概念即可，下面将针对 STM32F746G-DISCO 板子一步步地说明驱动片外SDRAM的方法，包括：

1）使用STM32CUBEMX配置FMC；

2）初始化片外SDRAM；

3）周期性地刷新SDRAM；

4）写代码，通过指针、数组的方式读写片外RAM。

【完整的代码可从此处下载：STM32的FMC例程】

为了配置FMC，我们先采取一个偷懒的办法：对于ST官方的开发板，CUBEMX是可以自动配置板子上所有IP资源的，我们重点关心的是有关FMC的参数配置。新建一个CUBEMX项目，选择 STM32F746G-DISCO 板子：

图一

图二

弹出一个对话框，询问是否初始化板子上的所有硬件资源，选 Yes ：

图三

找到 FMC 项目，CUBEMX自动配置的参数如下：

图四

赶紧拿个小本子把这些参数记录下来！一会儿我们自己配置FMC时，就要用到这些参数。顺便多说一句，看看上图中FMC的GPIO配置：

图五

注意图五中的PC3这个pin，后面会说到它的问题，这里先卖个关子。

结合F746的芯片参考手册，来重点看看图四中的那些参数。FMC的结构如下：

图六

图七

图六中可以看到，FMC包含了FSMC的功能，此外还支持SDRAM。对于SDRAM，支持2个“Bank”，这是2个物理Bank的意思，可以理解为FMC支持连接2个SDRAM芯片，MCU通过不同的片选信号SDNE0和SDNE1来选择具体使用哪个片外RAM：

图九

我们板子上只有一个SDRAM芯片，它连接的是FMC的Bank1呢，还是Bank2呢？打开 STM32F746G-DISCO 板子的原理图找答案：

图十

显然，使用的是SDNE0，那就是FMC的Bank1无疑了，图七中显示这个Bank内存的起始地址是 0xC000 0000 。这样，在图四的CUBEMX配置界面中，我们应选择的是 SDRAM 1（即Bank1），以及 SDCKE0+SDNE0。但，图四中的 Internal bank number 为什么要选 4 banks 呢？这是说SDRAM芯片的规格是内部有4个bank（即《高手进阶,终极内存技术指南》中说的L-BANK），打开芯片 MT48LC4M32B2 的文档：

图十一

可见，内部是4个Bank，并且行地址为12-bit，列地址为8-bit，所以图四中的Address要设置成12bit。图四中的 Data 选项（在这里应该是FMC数据宽度的意思）需要特别说明一下：MT48LC4M32B2是32位宽的（一次可以读/写32-bit数据），这里为什么配置成了 16 bit 呢？再来看看开发板的原理图（上面图十），高16位数据线DQ16-DQ31接地、没有用到！---- 把这个SDRAM当16-bit的芯片来使用了（那不是浪费了一半的存储容量？确实如此！）。这是因为，STM32F746G-DISCO 板子跑 touchgfx 应用时，只支持16位色，所以16-bit的位宽够用了（对应的，编程时使用 uint16_t 的数据类型）。

再看图四下方的参数，重点讨论一下 CAS latency（SDRAM规范文档中的标识符为：CL），SDRAM文档中称为“读取潜伏期”，具体到 MT48LC4M32B2 这个芯片，CAS latency 的取值范围是这样规定的：

图十二

CL不能小于18ns，换算成SDRAM的CLK是多少呢？首先要看一下CUBEMX中配置的时钟频率：

图十三

MCU的HCLK配置成了200MHz，图四中，SDRAM的CLK是HCLK/2（SDRAM common clock 为 2 HCLK clock cycles），即 100MHz，一个CLK是 1/100MHz == 10ns，即CL要大于1.8个CLK，取整后最小值为2。CUBEMX把CL配置成3是放了一些余量。

图四最下面是SDRAM时序的参数，这里暂时先跳过，我们先按CUBEMX的参数，照猫画虎，自己动手配置FMC。新建一个CUBEMX项目，这次我们不选开发板、而是按选择芯片的方式新建项目：

图十四

图十五

图十六

图十七

为了方便调试，配置板子上的LED（PI口的PIN1）：

图十八

重点是FMC：

图十九

图二十

重要的问题来了：我们来看看CUBEMX为FMC自动分配的IO管脚：

图二十一

注意，FMC的信号线 FMC_SDCK0 分配给了 PH2 这个管脚。再来看之前提到的那个图五中的“关子”： FMC_SDCK0 分配给了 PC3！查F746的芯片手册知道，PC3、PH2都可以通过复用功能映射成 FMC_SDCK0 信号。开发板上到底是用的哪个pin？原理图上找答案：

图二十二

图二十三

可见，图五中的管脚配置是“正确”的。但图二十一的配置也可以理解（不是CUBEMX的bug）：因为是按选择芯片型号来让CUBEMX自动配置FMC的，CUBEMX并不知道用户实际的电路板上FMC是用哪个pin来对应 FMC_SDCK0 信号的，只能把 FMC_SDCK0 信号分配到某一个pin上（本例中是PH2）。如果与实际电路不符，需要由用户手动修改。而在图二十一中，是按开发板来配置的，CUBEMX知道板子的具体型号，就可以按实际的管脚来正确分配 FMC_SDCK0 信号。其他所有具有复用功能的GPIO都有这个问题，希望大家重视。（这是通过血的教训换来的，第一次用CUBEMX配置FMC时，忽略了这个问题，导致编写代码调试SDRAM时，读出数据总是不稳定、或出错，并且难以调试、追踪，耗了一周时间才找到问题根源，教训深刻啊）

现在来修改图二十一中的管脚配置，同时介绍一个配置GPIO复用功能的小技巧。因为PH2不是我们想要的pin，需要查找其他复用功能为  FMC_SDCK0 的pin，可以先按下Ctrl 键，然后鼠标点击 PH2 管脚，CUBE界面上会有2个pin（PC3和PC5）改变了颜色：

图二十四

修改PC3的功能为 FMC_SDCK0：

图二十五

最后，别忘了把时钟配置到200MHz：

图二十六

然后，生成KEIL工程。main.c中，

图二十七

MX_FMC_Init() 函数实现对FMC的配置，它调用了stm32fxx_hal_sdram.c文件中的 HAL_SDRAM_Init() ，后者首先调用 HAL_SDRAM_MspInit() 对FMC用到的pin初始化，然后分别调用 FMC_SDRAM_Init() 和 FMC_SDRAM_Timing_Init() 对FMC的控制寄存器 FMC_SDCR 和时序寄存器 FMC_SDTR 进行初始化。至此，FMC的配置全部结束，程序可以编译、通过，但还不能正确读写SDRAM，因为SDRAM在正式工作之前，还需要一个“SDRAM初始化”的过程。显然，这个初始化过程对于不同型号的SDRAM可能是不同的，CUBEMX就无能为力了。但仍有捷径可走 ---- 找ST官方的例子：

图二十八

先找到STM32CUBE的F7库的安装目录，然后进入F746G-DISCO 的项目目录，在例子中有关于FMC的例程。从 FMC_SDRAM 项目中的 main.c 文件中，copy 对SDRAM做初始化的函数：BSP_SDRAM_Initialization_Sequence() 到我们的main.c 中，并在 MX_FMC_Init() 函数尾部添加调用：

图二十九

请注意，例程 FMC_SDRAM  中的 CAS Latency 是2，对应地设置SDRAM模式寄存器时也是2。而我们在CUBEMX中将CAS Latency 配置为3，则设置SDRAM模式寄存器时也必须是3：

图三十

刷新周期的计算：先看看 MT48LC4M32B2 手册对刷新周期的时间要求：

图三十一

要求最慢在64ms内对4096行（对应12-bit行地址空间）完成刷新，就是说64ms要刷4096次，所以每刷一次的时间间隔是 64ms÷4096=15.625us。换算成SDRAM的CLK（即SDCLK，100MHz）：15.625us÷(1/100us)=1562。为了保证刷新周期在SDRAM的任何工作状态下都能小于64ms，要再减去20个SDCLK（这是SDRAM规范文档要求的），即1562-20=1542。例程中用的数字是1292，则刷新周期在54ms左右。一旦完成刷新参数设置（写到 SDRTR 寄存器中），FMC立即自动开始刷新，即每隔大约60ms，MCU通过FMC向SDRAM发送一条刷新指令。

至此，完成了FMC配置、SDRAM初始化、SDRAM刷新3大步骤，到了最后一步：编程访问SDRAM。关键的一个问题是：外部SDRAM地址从0xC000 0000 开始，如何定义一个变量（数组），使得它的地址恰恰从0xC000 0000 开始？一种方法是定义一个uint16_t类型的数据指针，并且使得这个指针指向0xC000 0000地址，如：

#define    SDRAM_BANK_ADDR       ((uint32_t)0xC0000000)

uint16_t    *pSDRAM;

//set data pointer, pointing external sdram

pSDRAM = (uint16_t *)SDRAM_BANK_ADDR;

然后通过 (*pSDRAM + i) 或 pSDRAM[ i ] 即可访问数据了。在演示代码中，先将一些16位的无符号数据写入SDRAM，再从SDRAM中读出到一个内存数组，然后做比较，如果数据全部匹配，则LED每隔一秒钟慢闪一次；如果数据有误，则LED快闪。通过实验可以看到，LED慢闪，表明读写SDRAM是正确的。

完整的代码请从此处下载：STM32的FMC例程，包含 KEIL 和 IAR 两个版本。

最后，补充图四下方时序参数的说明。SDRAM的时序参数，有不同的描述方式，但在SDRAM规范中，它们都是有统一的“代号”的，比如图四中的 Load mode register to active delay，说的是装载模式寄存器需要花费的时间，代号是tMRD。图四中其他的代号如下：

图三十二

然后，按图索骥，在MT48LC4M32B2 手册中查找：

图三十三

图三十四

单位换算关系：我们配置了SDRAM的时钟频率（SDCLK）是100MHz，等同于一个CK是10ns。反之，10ns的时间就是一个CK。可见，图四中的时序参数基本上都是稍微留了余量的。

小结：

1）CUBEMX配置FMC，核心就是图四那一张图（但，本文用了大量的篇幅，才基本说明了这些参数的由来。这么多内容，CUBEMX用一页就搞定了，牛吧？！）。要特别注意GPIO复用功能的管脚配置，须与实际电路连接一致。

2）对于SDRAM，仅仅配置FMC是不够的，还需要编写代码对SDRAM进行初始化，并设置刷新时间。要特别注意 CAS Latency（CL） 的取值，配置FMC的跟SDRAM初始化的要一致（比如，CL都设置成3）。

3）代码中对SDRAM的访问，可以通过定义一个数据指针、并赋值到片外RAM地址的方式实现。

本文完。

参考文献：

1. 《STM32CubeMX配置SDRAM》

详述了配置过程，特别提到了因为TouchGFX对SDRAM做了相关配置，从而系统自动生成了 MX_SDRAM_InitEx() 初始化函数。