STM32CubeMX之SDRAM接口

“ STM32F429等系列的芯片增加了SDRAM接口，扩展的内存在做人机界面等应用时是非常有用的。”

1. SDRAM硬件接口

    SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)即同步动态随机存取存储器，同步是指存储器工作需要同步时钟，内部命令的发送与数据传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机存取是指存储器的内容可以以任意顺序访问，而不管前一次访问的是哪一个位置。

    本篇文章使用的SDRAM芯片为W9825G6KH-6，该芯片是一个32M字节的芯片（4 M × 4 BANKS × 16 BITS ） 。芯片与单片机接口电路如下：

    芯片引脚定义如下：

• A0~A12:时分复用地址总线(发送地址时，先行后列，13行，9列)
• DQ0~DQ15:双向数据总线
• BA0/BA1:Bank地址（两条总线，可以选通4个Bank）
• CS#:片选信号（低电平有效）
• WE#:写使能信号（低电平有效）
• RAS#:行地址信号（低电平有效）
• CAS#:列地址信号（低电平有效）
• CLK:同步时钟
• CKE:时钟使能信号
• VDD/VDDQ:工作电压/DQ电压
• VSS/VSSQQ:相应电压接地

2. STM32CubeMX配置

    基础的配置这里不再赘述，直接介绍SDRAM配置：

    选择FMC接口，配置SDRAM1，

• Clock and chip enable选择SDCKE0+SDNE0。FMC_SDCKE0 和FMC_SDCLK0对应的存储区域1 的地址范围是0xC000 0000-0xCFFF FFFF；而FMC_SDCKE1 和FMC_SDCLK1 对应的存储区域2 的地址范围是0xD000 0000- 0xDFFF FFFF
• bank numbers为 4banks
• Address为13bits
• Data为16bits

    后三项配置都与所选芯片相关，W9825G6KH-6有4个banks，地址总线为13位，数据总线为16位。

    详细的配置如下：

    配置参数说明：

• Number of column address bits表示列地址总线数9bits
• Number of row address bits表示行地址总线数13bits

    这两项通过查看数据手册可知：

• CAS latency表示CAS潜伏期，这里配置为3 memory clock cycles
•    Write protection 表示写保护，一般配置为Disabled
• SDRAM common clock为SDRAM 时钟配置，可选HCLK的2分频\3分频\不使能SDCLK时钟前面主频配置为168MHz，SDRAM common clock设置为2分频，那SDCLK时钟为84MHz，每个时钟周期为11.9ns
• SDRAM common burst read 表示突发读，这里选择使能
• SDRAM common read pipe delay 表示CAS潜伏期后延迟多少个时钟在进行读数据，这里选择1 HCLK clock cycle
• Load mode register to active delay 表示加载模式寄存器命令和激活或刷新命令之间的延迟，查看数据手册，这里设置为2。
  
• Exit self-refresh delay 表示从发出自刷新命令到发出激活命令之间的延迟，按存储器时钟周期数计。查数据手册知道其最小值为72ns，由于我们每个时钟周期为11.9ns，这里设为8 （8*11.9=95.2>72ns）满足要求。
  
• Self refresh time 表示最短的自刷新周期，按存储器时钟周期数计。查数据手册知道其最小值为42ns，最大值为100000ns，由于我们每个时钟周期为11.9ns，这里设为6（6*11.9=71.4>42ns）满足要求。
  
• SDRAM common row cycle delay 表示刷新命令和激活命令之间的延迟，以及两个相邻刷新命令之间的延迟， 以存储器时钟周期。查数据手册知道其最小值为60ns，由于我们每个时钟周期为11.9ns，这里设为6 （6*11.9=71.4>60ns）满足要求。
• Write recovery time 表示写命令和预充电命令之间的延迟，查数据手册，这里设为4，即.

• SDRAM common row precharge delay表示预充电命令与其它命令之间的延迟，按存储器时钟周期数计。查数据手册知道其最小值为15ns，由于我们每个时钟周期为11.9ns，所以设为2 (2*11.9=23.8>15ns)满足要求。
  
• Row to column delay 表示激活命令与读/写命令之间的延迟，按存储器时钟周期数计。查数据手册知道其最小值为15ns，由于我们每个时钟周期为11.9ns，所以设为2 (2*11.9=23.8>15ns)​
  

需要注意，时序必须满足以下式子：

Write recovery time  ≥ TRAS - TRCD

Write recovery time ≥ TRC - TRCD - TRP

3. 代码编写

    配置完成后点击生成代码。需要自己编写SDRAM初始化程序，具体初始化步骤这里不详细介绍。

#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)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL      ((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_INTERLEAVED     ((uint16_t)0x0008)
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2              ((uint16_t)0x0020)
#define SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3              ((uint16_t)0x0030)
#define SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD    ((uint16_t)0x0000)
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_PROGRAMMED ((uint16_t)0x0000) 
#define SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE     ((uint16_t)0x0200) 

uint8_t SDRAM_SendCommand(uint32_t CommandMode, uint32_t Bank, uint32_t RefreshNum, uint32_t RegVal)
{
    uint32_t CommandTarget;
    FMC_SDRAM_CommandTypeDef Command;
    
    if(Bank == 1)
        CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
    else if(Bank == 2)
        CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
    
    Command.CommandMode = CommandMode;
    Command.CommandTarget = CommandTarget;
    Command.AutoRefreshNumber = RefreshNum;
    Command.ModeRegisterDefinition = RegVal;
    if(HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram1, &Command, 0x1000) == HAL_OK)
        return 1;
    else
        return 0;
}

void SDRAM_Init(void)
{
    uint32_t temp;
    
    SDRAM_SendCommand(FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE, 1, 1, 0);           //步骤3：使能时钟信号，SDCKE0 = 1
    HAL_Delay(1);                                                   //步骤4：至少延时200us
    SDRAM_SendCommand(FMC_SDRAM_CMD_PALL, 1, 1, 0);                 //步骤5：发送全部预充电命令
    SDRAM_SendCommand(FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE, 1, 8, 0);     //步骤6：设置自动刷新次数
    
    temp = SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1     |                       //设置突发长度：1
    SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL     |                       //设置突发类型：连续
    SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3             |                       //设置CAS值：3
    SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD   |                       //设置操作模式：标准
    SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;                           //设置突发写模式：单点访问
    SDRAM_SendCommand(FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE, 1, 1, temp);         //步骤7：装载模式寄存器的值
    
    //SDRAM刷新周期是64ms，行数是8192行，时钟频率是168MHz/2=84MHz
    //所有COUNT = (64ms/8192)/(1/84us)-20 = 64000*84/8192-20 = 636
    HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(&hsdram1, 636);                    //步骤8：设置刷新速率
}

    在主函数中调用SDRAM_Init()函数后即可使用SDRAM。编写SDRAM测试函数：

#define SDRAM_Size 0x02000000  //32M字节
#define SDRAM_BANK_ADDR     ((uint32_t)0xC0000000)       // FMC SDRAM 数据基地址

uint8_t SDRAM_Test(void)
{
  uint32_t i = 0;    // 计数变量
  uint32_t ReadData = 0;   // 读取到的数据
  uint8_t  ReadData_8b;
  
  UART2_Send((uint8_t*)"STM32F429 SDRAM测试\r\n");
  UART2_Send((uint8_t*)"测试开始，以32位数据宽度写入数据...\r\n");  
  for (i = 0; i < SDRAM_Size/4; i++)
  {
     *(__IO uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR + 4*i) = i;    // 写入数据
  }
  
  UART2_Send((uint8_t*)"写入完毕，读取数据并比较...\r\n");
  for(i = 0; i < SDRAM_Size/4;i++ )
  {
    ReadData = *(__IO uint32_t*)(SDRAM_BANK_ADDR + 4 * i );  // 从SDRAM读出数据  
    if( ReadData != i )      //检测数据，若不相等，跳出函数,返回检测失败结果。
    {
      UART2_Send((uint8_t*)"SDRAM测试失败！！\r\n");
      return ERROR;   // 返回失败标志
    }
  }
  
  UART2_Send((uint8_t*)"32位数据宽度读写通过，以8位数据宽度写入数据\r\n");
  for (i = 0; i < 255; i++)
  {
     *(__IO uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR + i) = i;
  }  
  UART2_Send((uint8_t*)"写入完毕，读取数据并比较...\r\n");
  for (i = 0; i < 255; i++)
  {
    ReadData_8b = *(__IO uint8_t*) (SDRAM_BANK_ADDR + i);
    if( ReadData_8b != (uint8_t)i )      //检测数据，若不相等，跳出函数,返回检测失败结果。
    {
      UART2_Send((uint8_t*)"8位数据宽度读写测试失败！！\r\n");
      UART2_Send((uint8_t*)"请检查NBL0和NBL1的连接\r\n");  
      return ERROR;   // 返回失败标志
    }
  }    
  UART2_Send((uint8_t*)"8位数据宽度读写通过\r\n");
  UART2_Send((uint8_t*)"SDRAM读写测试通过，系统正常\r\n");
  return SUCCESS;   // 返回成功标志
}

    查看串口打印的数据，读写正常。

4. 总结

    本篇文章介绍了SDRAM的读写操作，可以作为GUI的显存，将在后续文章中介绍。

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