【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十五---FMC-SDRAM(二)
前言：
本系列教程将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解，使您可以更快速的学会各个模块的使用
上一讲我们说了CubeMX配置SDRAM的一些基本配置，还有FMC跟SDRAM的讲解，这一讲我们来说下SDRAM的初始化流程跟HAL库的SDRAM函数使用
【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十五—FMC-SDRAM(一)
所用工具：
1、芯片： STM32H743II
2、STM32CubeMx软件V6.4.0
3、IDE： MDK-Keil5软件
4、STM3H7xxHAL库
5、W9825G6KH
知识概括：
通过本篇博客您将学到：
SDRAM+FMC的基本原理
STM32CubeMX创建FMC-SDRAM例程
HAL库FMC函数库
SDRAM初始化
SDRAM的初始化，是由其内部的一个加载模式寄存 控制的，该寄存器框图如下:
A0~A2: Burst Length，即突发长度（简称 BL） 也就是在同一行中相邻的存储单元连续传输多少数据
A3: Addressing Mode 突发访问的模式,Sequential（顺序）或 Interleave（间隔）我们读数据都是连续读，一般不需要跳着读，所以用顺序模式
A4~A6: CAS Latency，即列地址选通延迟（简称 CL）在发出读命令 (命令同时包含列地址) 后，需要等待几个时钟周期数据线 Data才会输出有效数据
A7~A8: SDRAM 的工作模式。当它被配置为“00”的时候表示工作在正常模式，其它值是测试模式或被保留的设定。实际使用时必须配置成正常模式。
A9: Write Mode，：设置写操作的模式，可以选择突发模式或者单次写入模式
SDRAM指令
我们把SDRAM的信号线和控制指令再写一下
我们列一些常用的控制指令
还有上一节的CubeMX配置：
然后我们再来下面那些参数的配置：
- Load mode register to active delay ：tRSC 加载模式寄存器命令与行有效或刷新命令之间的延迟
- Exit self-refresh delay：tXSR 退出自我刷新到行有效命令之间的延迟
- Self-refresh time ： tRAS 自刷新周期
- SDRAM common row cycle delay : tRC 刷新命令和激活命令之间的延迟
- Write recovery time ： tWR 写命令和预充电命令之间的延迟
- SDRAM common row precharge delay： tRP 义预充电命令与其它命令之间的延迟
- Row to column delay tRCD 定义行有效命令与读/写命令之间的延迟
我们查看《W9825G6KH》数据手册，即可看到对应的参数：
在CubeMX中点击对应参数，下面会出来对应的介绍：
这些参数在手册里都有详细的说明，我们看MIN最小时间就好
以tXSR，举个例子 我们SDRAM时钟为HCLK 2分频得到，为100MHZ 那么时钟周期就是 T=1/F =1/100MHz=10ns纳秒 那么tXSR最少为72ns，也就是最小要延迟8个时钟周期 所以我们设置为8
tRSC，最小为两个时钟周期tCK 所以我们设置为2
SDRAM初始化流程
SDRAM 上电后，必须进行初始化，才可以正常使用。
我们来看下SDRAM的初始化流程
- 给 SDRAM 上电，并提供稳定的时钟，延时100-200us；
- 发送“空操作”(NOP) 预充电命令，给所有 Bank 预充电；
- 发送“预充电”(PRECHARGE) 命令，控制所有 Bank 进行预充电，并等待 tRC 时间，tRC 表
示预充电与其它命令之间的延迟； - 发送至少 2 次 “自动刷新”(AUTO REFRESH) 命令，， 每一个自刷新命令之间的间隔时间为 tRC
- 发送“加载模式寄存器”(LOAD MODE REGISTER) 命令，配置 SDRAM 的工作参数，并等
待 tRSC 时间， tRSC 表示加载模式寄存器命令与行有行或刷新命令之间的延迟； - 初始化流程完毕，可以开始读写数据
tRC、tRFC、tRSC 这些参数在上一节已经介绍了
SDRAM读操作
- 发送“行有效”(ACTIVE) 命令，发送命令的同时包含行地址和 Bank 地址，然后等待 tRCD
时间，tRCD 表示行有效命令与读/写命令之间的延迟； - 发送“读”(READ) 命令，在发送命令的同时发送列地址，完成对 SDRAM的寻址。
对于读操作还有一个 CL 延迟（CAS Latency），根据模式寄存器的 CL 定义，延迟 CL 个时钟周期后，SDRAM 的数据线 DQ才输出有效数据，所以需要等待给定的 CL 延迟（2 个或 3 个
CLK）后，再从 DQ 数据线上读取数据。
- 读/写命令都通过拉高 A10 地址线，控制自动预充电，执行“预充电”(auto precharge) 命令后，需要等待 tRP 时间，tRP 表示预充电与其它命令之间
的延迟； - 图中的标号处的 tRAS，表示自刷新周期，即在前一个“行有效”与“预充电”命令之间的时
间； - 发送第二次“行有效”(ACTIVE) 命令准备读写下一个数据，在图中的标号处的 tRC，表示
两个行有效命令或两个刷新命令之间的延迟。
SDRAM写操作
- 发送“行有效”(ACTIVE) 命令，发送命令的同时包含行地址和 Bank 地址，然后等待 tRCD
时间，tRCD 表示行有效命令与读/写命令之间的延迟； - 发送“写”(WRITE) 命令，在发送命令的同时发送列地址，完成寻址的地址输入。写命令是没有 CL 延迟的，主机在发送写命令的同时就可以把要写入的数据用 DQ 输入到 SDRAM 中，这是读命令与写命令的时序最主要的区别。
图中的读/写命令都通过地址线 A10 控制自动预充电，而 SDRAM 接收到带预充电要求的读/写命令后，并不会立即预充电，而是等待 tWR 时间才开始，tWR 表示写命令与预充电之间的延迟；
读/写命令都通过拉高 A10 地址线，控制自动预充电，执行“预充电”(auto precharge) 命令后，需要等待 tRP 时间，tRP 表示预充电与其它命令之间的延迟；
图中的标号处的 tRAS，表示自刷新周期，即在前一个“行有效”与“预充电”命令之间的时
间；发送第二次“行有效”(ACTIVE) 命令准备读写下一个数据，在图中的标号处的 tRC，表示
两个行有效命令或两个刷新命令之间的延迟。
关于上面的初始化操作和读写顺序请仔细阅读，在上一节我们已经建好了工程，那么现在就来看下FMC SDRAM的Hal库函数吧
首先我们来看下SDRAM的初始化
首先我们看下三个初始化函数：
FMC_SDRAM_Init(FMC_SDRAM_TypeDef *Device,FMC_SDRAM_InitTypeDef *Init);
设置 SDRAM 的相关控制参数，比如地址线宽度、CAS 延迟、SDRAM 时钟等 对应上图的上半部
FMC_SDRAM_Timing_Init(FMC_SDRAM_TypeDef *Device,FMC_SDRAM_TimingTypeDef *Timing, uint32_t Bank);
SDRAM 时间相关参数，比如自刷新时间、恢复延迟、预充电延迟等，对应上图的下半部
‘
最后的初始化函数是：HAL_SDRAM_Init，把上面两个函数合到一起，我们来看下这两个结构体参数：
HAL_SDRAM_Init(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram,FMC_SDRAM_TimingTypeDef *Timing);
参数:
- *hsdram: 设置 SDRAM 的相关控制参数
- *Timing ：SDRAM 时间相关参数
调用了两个结构体，对应我们CubeMx初始化的上下两个部分。
FMC_SDRAM_InitTypeDef结构体：
/* @brief FMC SDRAM 初始化结构体类型定义 */
typedef struct
{uint32_t Bank; /* 选择 FMC 的 SDRAM 存储区域 */
uint32_t ColumnBitsNumber; /* 定义 SDRAM 的列地址宽度 */
uint32_t RowBitsNumber; /* 定义 SDRAM 的行地址宽度 */
uint32_t MemoryDataWidth; /* 定义 SDRAM 的数据宽度 */
uint32_t InternalBankNumber; /* 定义 SDRAM 内部的 Bank 数目 */
uint32_t CASLatency; /* 定义 CASLatency 的时钟个数 */
uint32_t WriteProtection; /* 定义是否使能写保护模式 */
uint32_t SDClockPeriod; /* 配置同步时钟 SDCLK 的参数 */
uint32_t ReadBurst; /* 是否使能突发读模式 */
uint32_t ReadPipeDelay; /* 定义在 CAS 个延迟后再等待多
少个 HCLK 时钟才读取数据 */
} FMC_SDRAM_InitTypeDef;
FMC_SDRAM_TimingTypeDef结构体：
/* @brief 控制 SDRAM 的时序参数，这些参数的单位都是“周期”
* 各个参数的值可设置为 1-16 个周期。 */
typedef struct
{uint32_t LoadToActiveDelay; /*TMRD: 加载模式寄存器命令后的延迟 */
uint32_t ExitSelfRefreshDelay; /*TXSR: 自刷新命令后的延迟 */
uint32_t SelfRefreshTime; /*TRAS: 自刷新时间 */
uint32_t RowCycleDelay; /*TRC: 行循环延迟 */
uint32_t WriteRecoveryTime; /*TWR: 恢复延迟 */
uint32_t RPDelay; /*TRP: 行预充电延迟 */
uint32_t RCDDelay; /*TRCD: 行到列延迟 */
} FMC_SDRAM_TimingTypeDef
关于FMC IO口的一些初始化在
HAL_FMC_MspInit();
函数里面，感兴趣的可自行查看，这里我们不做过多描述
在看完了初始化之后，我们来看下FMC关于SDRAM有哪些函数
注意，在HAL库里面 有stm32h7xx_ll_fmc.c， stm32h7xx_hal_sdram.c，stm32h7xx_hal_dram.c等等文件，其中stm32h7xx_ll_fmc.c是关于FMC的一些函数及初始化，因为FMC支持很多存储器，所以有很多内容，我们这里用的是SDRAM，所以只看SDRAM的函数，也就是只看stm32h7xx_hal_sdram.c跟stm32h7xx_ll_fmc.c这两个文件
基本上SDRAM.C里的函数都是调用fmc.c中的
初始化函数：
首先是四个初始化函数，这几个函数在上面都介绍过了HAL_SDRAM_MspInit调用的是 HAL_FMC_MspInit(); 也就是硬件IO跟时钟初始化。
HAL_StatusTypeDef HAL_SDRAM_Init(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, FMC_SDRAM_TimingTypeDef *Timing);
HAL_StatusTypeDef HAL_SDRAM_DeInit(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
void HAL_SDRAM_MspInit(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
void HAL_SDRAM_MspDeInit(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
SDRAM中断函数
void HAL_SDRAM_IRQHandler(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
SDRAM自刷新错误回调函数：
void HAL_SDRAM_RefreshErrorCallback(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
SDRAM DMA函数：
void HAL_SDRAM_DMA_XferCpltCallback(MDMA_HandleTypeDef *hmdma);
void HAL_SDRAM_DMA_XferErrorCallback(MDMA_HandleTypeDef *hmdma);
这些函数我们基本用不到，有个了解即可
SDRAM控制函数
HAL_StatusTypeDef HAL_SDRAM_WriteProtection_Enable(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
参数:
- *hsdram: 选择是那个sdram，比如&hsdram1，&hsdram2
功能：SDRAM写保护使能，使能写保护之后就不能往SDRAM中写数据了，只能读数据
HAL_SDRAM_WriteProtection_Disable(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram);
参数:
- *hsdram: 选择是那个sdram，比如&hsdram1，&hsdram2
功能：SDRAM写保护关闭，关闭写保护
HAL_SDRAM_SendCommand(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, FMC_SDRAM_CommandTypeDef *Command,uint32_t Timeout);
参数:
- *hsdram: 选择是那个sdram，比如&hsdram1，&hsdram2
- *Command SDRAM命令的结构体函数，下面对这个结构体做了介绍
- Timeout ： 超时时间，就是执行函数最长的时间，超过该时间自动退出函数
FMC_SDRAM_CommandTypeDef 结构体，SDRAM命令设置，参数如下
typedef struct
{uint32_t CommandMode; //命令类型 uint32_t CommandTarget; //目标 SDRAM 存储区域 uint32_t AutoRefreshNumber; //自刷新次数uint32_t ModeRegisterDefinition; // SDRAM 模式寄存器的内容
}FMC_SDRAM_CommandTypeDef
- CommandMode 用来设置命令类型，可用命令类型如下：
/** @defgroup FMC_SDRAM_Command_Mode FMC SDRAM Command Mode* @{*/
#define FMC_SDRAM_CMD_NORMAL_MODE (0x00000000U)
#define FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE (0x00000001U)
#define FMC_SDRAM_CMD_PALL (0x00000002U)
#define FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE (0x00000003U)
#define FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE (0x00000004U)
#define FMC_SDRAM_CMD_SELFREFRESH_MODE (0x00000005U)
#define FMC_SDRAM_CMD_POWERDOWN_MODE (0x00000006U)
- CommandTarget 设置目标 SDRAM 存储区域，因为FMC可以外挂 2 个SDRAM ，发送命令的时候，需要指定命令发送给哪个存储器
/** @defgroup FMC_SDRAM_Command_Target FMC SDRAM Command Target* @{*/
#define FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2 FMC_SDCMR_CTB2
#define FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1 FMC_SDCMR_CTB1
#define FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1_2 (0x00000018U)
- AutoRefreshNumber 自刷新次数，我们知道SDRAM每次初始化的时候都需要多次自刷新，
需要CommandMode 被配置为 FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE 自刷新命令时才有效
可输入参数值为 1-16
- ModeRegisterDefinition 用来设置 SDRAM 模式寄存器，这个成员值长度为 13 位，各个位一 一对应 SDRAM 的模式寄存器
我们自己添加以下下面的宏定义就好
/**
* @brief FMC SDRAM 模式配置的寄存器相关定义
*/
//突发长度设置
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1 ((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_2 ((uint16_t)0x0001)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_4 ((uint16_t)0x0002)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_8 ((uint16_t)0x0004)
// 连续还是间隔模式
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL ((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_INTERLEAVED ((uint16_t)0x0008)
// CL等待几个时钟周期
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2 ((uint16_t)0x0020)
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3 ((uint16_t)0x0030)
//正常模式
#define SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD ((uint16_t)0x0000)
//设置写操作的模式，可以选择突发模式或者单次写入模式*
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_PROGRAMMED ((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE ((uint16_t)0x0200)
这些宏是根据“SDRAM 的模式寄存器”的位定义的，例如突发长度、突发模式、CL 长度、SDRAM
工作模式以及突发写模式
功能：设置SDRAM刷新频率
HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, uint32_t RefreshRate);
参数:
- *hsdram: 选择是那个sdram，比如&hsdram1，&hsdram2
- *RefreshRate： 自动刷新周期
SDRAM的自动刷新，在上一节我们也提到了
“自动刷新”，SDRAM 内部有一个行地址生成器（也称刷新计数器）用来自动地依次生成
行地址，每收到一次命令刷新一行。在刷新过程中，所有 Bank 都停止工作，而每次刷新所占用
的时间为 N 个时钟周期 (视 SDRAM 型号而定，通常为 N=9)，刷新结束之后才可进入正常的工
作状态，也就是说在这 N 个时钟期间内，所有工作指令只能等待而无法执行。一次次地按行刷
新，刷新完所有行后，将再次对第一行重新进行刷新操作，刷新所有行一遍所需要的时间，
称为 SDRAM 的刷新周期，通常为 64ms。
这个函数会向刷新定时寄存器 FMC_SDRTR 写入计数值，这个计数值每个 SDCLK周期自动减 1，减至 0 时 FMC 会自动向 SDRAM 发出自动刷新命令，控制 SDRAM 刷新，SDRAM每次收到刷新命令后，刷新一行，对同一行进行刷新操作的时间间隔称为 SDRAM 的刷新周期。
计算公式为：
刷新速率=（COUNT+1）*SDRAM 频率时钟
刷新速率=(SDRAM 刷新周期/行数)
(COUNT+1)=刷新速率/SDRAM 频率时钟
但是实际的COUNT计数值需要减少20个SDRAM时钟周期，最终公式如下：
COUNT = (SDRAM 刷新周期/行数)/SDRAM 时钟频率 – 20
以 W9825G6KH 为例讲解计算过程，W9825G6KH 的SDRAM刷新周期为 64ms，行数为 8192行，则每行的刷新速率为：
刷新速率=64ms/8192=7.813us
即每隔 7.813us 需要收到一次自动刷新命令
而 SDRAM 时钟频率=200Mhz/2=100Mhz（10ns）
COUNT 的值为：
COUNT=(7.81us/10ns)-20≈761
这里正点原子跟野火给的公式都是错的，看他们的
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