STM32 FSMC (Flexible static memory controller) 灵活静态内存控制器介绍

1. 介绍FSMC

说到STM32的FSMC（Flexible Static Memory Controller），这个玩意儿可真是STM32家族的“多面手”。想象一下，如果STM32是个热衷于DIY的工程师，那FSMC就是他的瑞士军刀，无论是连接SRAM、PSRAM、NOR/NAND Flash还是LCD模块，FSMC都能应对自如，简直就是连接外部存储和记忆界的“桥梁”。

FSMC的灵活性主要体现在它支持多种存储器类型和访问模式，这就像是它可以说多国语言，无论你来自哪个存储器国家，它都能和你愉快地交流。而且，FSMC能够让STM32以最高效的方式访问这些外部设备，这就像是它拥有VIP通道，能够迅速通过安检进入存储器的心脏区域。

具体来说，FSMC能让你配置各种访问参数，比如数据宽度（可以是8位或16位），存储器类型（SRAM、NOR Flash等），还有访问模式（直接模式、间接模式）。这就像是你在玩一个高级定制的游戏，你可以根据外设的特性和你的需求，调整FSMC的设置，以达到最优的访问速度和性能。

不过，FSMC也有它的复杂性，配置起来就像是在玩一个需要高度策略的游戏，每个选项都需要精心考虑。你得了解你的外部设备，知道它的语言和习惯，然后通过FSMC的配置，来告诉STM32如何与之有效交流。这就需要你深入阅读数据手册，可能还要做一些试验，来找到最佳配置。

总之，FSMC就像是STM32的“通讯专家”，能够让STM32轻松地扩展存储和连接各种外设。但要想完全驾驭它，你可能需要像学习外语一样，花一些时间和精力来深入了解它。别担心，一旦你熟悉了FSMC，你就能打开一个全新的可能性世界，让你的STM32项目更加强大和灵活！

2. FSMC特点

FSMC模块能够与同步和异步存储器以及16位PC内存卡进行接口。其主要目的是：将AHB事务转换为适当的外部设备协议，满足外部设备的访问时序要求。所有外部存储器与控制器共享地址、数据和控制信号。每个外部设备通过唯一的芯片选择来访问。FSMC一次只对一个外部设备进行访问。

FSMC具有以下主要特点：

• 与静态内存映射设备接口，包括：
  • 静态随机访问存储器（SRAM）
  • NOR Flash 存储器/OneNAND Flash 存储器
  • PSRAM（4个内存Bank）
• 具有ECC硬件检查最多8 K字节数据的两个 NAND Flash 存储区
• 支持16位 PC 卡兼容设备
• 支持对同步设备（NOR Flash 和 PSRAM）进行突发模式访问
• 8位或16位宽数据总线
• 每个内存Bank独立芯片选择控制
• 每个内存Bank独立配置
• 可编程定时以支持各种不同类型的设备，特别是：
  • 可编程等待状态（最多15个）
  • 可编程总线回转周期数（最多15个）
  • 可编程输出使能和写使能延迟时间（最多15个）
  • 独立读取和写入时序和协议，以支持各种记忆体和时序变化。
• 用于PSRAM 和 SRAM 设备的写使能和字节通道选择输出。
• 将32位宽 AHB 事务转换为连续16位或8位对外部16位或8位装置进行访问。
• A Write FIFO,长度为2字(STM32F42x and STM32F43x长度为16字),每一个词都是32比特宽,仅仅保存了数据而没有地址.因此这样可以缓冲AHB 写突发事务. 这样就可以向慢速度记忆体中写入并且迅速释放AHB用于其他操作.只有一个突发同时被缓冲:如果新出现了一个AHB 突发或者单次传输在之前
• 外部异步等待控制

定义外部设备类型和相关特性的FSMC寄存器通常在启动时设置，并且在下一次复位或上电之前不会改变。然而，可以随时更改这些设置。

3. Block示意图

FSMC由四个主要模块组成：

• AHB接口（包括FSMC配置寄存器）

• NOR Flash/PSRAM控制器

• NAND Flash/PC卡控制器

• 外部设备接口。

图434显示了该模块的框图。

4. AHB接口

AHB从设备接口使得内部CPU和其他总线主设备能够访问外部静态存储器。AHB事务被转换为外部设备协议。特别地，如果选择的外部存储器是16位或8位宽度，则在AHB上的32位宽度事务会被分割成连续的16位或8位访问。FSMC芯片选择（FSMC_NEx）在执行带有扩展模式的D模式下除了进行连续访问时不会切换。

FSMC在以下情况下生成AHB错误：

• 当读取或写入未启用的FSMC存储器时
• 当在FSMC_BCRx寄存器中FACCEN位被复位时，读取或写入NOR Flash存储器
• 当输入引脚FSMC_CD（卡片存在检测）为低电平时，读取或写入PC卡存储器

这个AHB错误的影响取决于尝试进行读写访问的AHB主设备：

• 如果是带有FPU的Cortex®-M4 CPU，将会生成一个硬件故障中断。

• 如果是DMA，则会产生DMA传输错误，并自动禁用相应的DMA通道。

AHB时钟（HCLK）是FSMC的参考时钟。

4.1 Supported memories and transactions

General transaction rules

所请求的AHB事务数据大小可以是8位、16位或32位，而访问的外部设备具有固定的数据宽度。这可能导致传输不一致。因此，必须遵循一些简单的事务规则：

• AHB事务大小和内存数据大小相等时，在这种情况下没有问题。

• AHB事务大小大于内存大小时，在这种情况下，FSMC将AHB事务分割成较小的连续内存访问，以满足外部数据宽度。

• AHB事务大小小于内存大小时，异步传输可能与外部设备类型有关

  • 对于具有字节选择功能（SRAM、ROM、PSRAM）的设备进行异步访问。

    • FSMC通过其字节通道NBL[1:0]允许写入操作来访问正确的数据。
    • 允许读取操作。读取所有内存字节并丢弃无用字节。在读取操作期间保持NBL[1:0]低电平。

  • 对于没有字节选择功能（NOR和NAND Flash 16位）的设备进行异步访问。
    当请求对16位宽Flash存储器进行字节访问时会出现这种情况。显然，不能以字节模式访问该设备（只能从/向Flash存储器读取/写入16位词），因此：

  • 不允许写入操作

  • 允许读取操作。读取所有内存字节并丢弃无用字节。在读取操作期间将NBL[1:0]设置为0.

Configuration registers

FSMC可以通过寄存器集进行配置。详细描述了NOR Flash/PSRAM控制寄存器的内容，请参见第36.5.6节。详细描述了NAND Flash/PC卡寄存器的内容，请参见第36.6.8节。

5. 外部设备地址映射

从FSMC的角度来看，外部存储器被分为4个固定大小的256兆字节的Bank（参见图435）：

• Bank1用于寻址最多4个NOR Flash或PSRAM存储器设备。该Bank被分成4个NOR/PSRAM子Bank，每个子Bank有4个专用芯片选择信号，如下所示：

  • Bank1 - NOR/PSRAM 1

  • Bank1 - NOR/PSRAM 2

  • Bank1 - NOR/PSRAM 3

  • Bank1 - NOR/PSRAM 4

• Bank2和3用于寻址NAND Flash设备（每个Bank一个设备）

• Bank4用于寻址PC卡设备

对于每个Bank，要使用的存储器类型由配置寄存器中用户定义。

5.1 NOR/PSRAM地址映射

HADDR[27:26]位用于根据表216中的显示选择四个内存Bank之一。

HADDR[25:0]包含外部存储器的地址。由于HADDR是字节地址，而存储器是按字寻址的，根据存储器数据宽度，实际发给存储器的地址会有所变化，如下表所示。

将NOR Flash/PSRAM的支持进行封装

不支持同步存储器的Wrap burst模式。必须将存储器配置为未定义长度的linear burst模式。

5.2 NAND/PC Card地址映射

在这种情况下，有三家Bank可供选择，每个Bank都被划分为表218中所示的内存空间。

对于NAND Flash存储器，常见和属性内存空间被细分为三个部分（见下表219）位于较低的256 K字节中：

• 数据部分（在常见/属性内存空间中的前64 K字节）
• 命令部分（在常见/属性内存空间中的第二个64 K字节）
• 地址部分（在常见/属性内存空间中接下来的128 K字节）

应用软件使用3个部分来访问NAND Flash存储器：

• 发送命令到NAND Flash存储器：软件必须将命令值写入命令部分的任何内存位置。
• 指定要读取或写入的NAND Flash地址：软件必须将地址值写入地址部分的任何内存位置。由于地址可能是4或5字节长（取决于实际内存大小），需要连续多次写入地址部分以指定完整的地址。
• 读取或写入数据：软件从数据部分的任何内存位置读取或写入数据值。

由于NAND Flash存储器自动递增地址，因此无需递增数据部分的地址以访问连续的内存位置。