灵活的静态存储控制器 (FSMC)的介绍（STM32F4）

目录

概述

1 认识FSMC

1.1 应用介绍

1.2 FSMC的主要功能

1.2.1 FSMC用途

1.2.2 FSMC的功能

2 FSMC的框架结构

2.1 AHB 接口

2.1.1 AHB 接口的Fault

2.1.2 支持的存储器和事务

2.2 外部器件地址映射

3 地址映射

3.1 NOR/PSRAM地址映射

3.2 NAND/PC卡地址映射

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概述

本文主要介绍灵活的静态存储控制器 (FSMC)的基本概念，包括其支持主要器件，架构特点，以及在MCU内部AHB接口的特性，还介绍了其和外部NOR Flash,Nand flash, 以及SRAM的地址映射关系等内容。

1 认识FSMC

1.1 应用介绍

FSMC 能够连接同步、异步存储器和 16 位 PC 存储卡。其主要用途如下：

● 将 AHB 数据通信事务转换为适当的外部器件协议
● 满足外部器件的访问时序要求

所有外部存储器共享地址、数据和控制信号，但有各自的片选信号。 FSMC 一次只能访问一个外部器件。

总结如下：

1）所有的外部存储器共享地址、数据和控制信号

2）通过片选CS使能各自的片选

3）FSMC每一次只能选择一个器件

1.2 FSMC的主要功能

1.2.1 FSMC用途

FSMC 能够连接同步、异步存储器和 16 位 PC 存储卡。其主要用途如下：

● 将 AHB 数据通信事务转换为适当的外部器件协议
● 满足外部器件的访问时序要求

所有外部存储器共享地址、数据和控制信号，但有各自的片选信号。 FSMC 一次只能访问一个外部器件。

1.2.2 FSMC的功能

FSMC 具有以下主要功能：
1）连接静态存储器映射的器件：

— 静态随机访问存储器 (SRAM)
— 只读存储器 (ROM)
— NOR Flash/OneNAND Flash
— PSRAM（ 4 个存储区域）

2）外围器件支持

两个带有 ECC 硬件的 NAND Flash 存储区域，可检查多达 8 KB 的数据。16 位 PC 卡兼容设备，支持对同步器件（ NOR Flash 和 PSRAM）的突发模式访问；8 或 16 位宽的数据总线；每个存储区域有独立的片选控制，每个存储区域可独立配置。

3） 可对时序进行编程，以支持各种器件：

— 等待周期可编程（最多 15 个时钟周期）
— 总线周转周期可编程（最多 15 个时钟周期）
— 输出使能和写入使能延迟可编程（最多 15 个时钟周期）
— 独立的读和写时序和协议，以支持各种存储器和时序

4）其他功能

● 写使能和字节通道选择输出，可配合 PSRAM 和 SRAM 器件使用
● 将 32 位的 AHB 事务转换为针对外部 16 位或 8 位器件进行的连续 16 位或 8 位访问。
● 用于写入的 FIFO， 2 字长（对于 STM32F42x 和 STM32F43x，为 16 字长），每个字为32 位宽，仅用于存储数据，而不存储地址。因此，此 FIFO 仅会缓冲 AHB 批量写事务。从而可对慢速存储器执行写入操作后能快速释放 AHB，以供其它操作使用。每次仅缓冲一个突发事务：如果在有操作正在进行时发生一个新的 AHB 突发事务或者一个单独事务，则 FIFO 将会清空。 FSMC 将插入等待周期，直至当前存储器访问已完成）。

5）外部异步等待控制
定义外部器件类型和其特性的 FSMC 寄存器通常在启动时进行设置，并且在下次上电或复位前保持不变。但也可随时更改这些设置。

2 FSMC的框架结构

FSMC 包含四个主要模块：
1）AHB 接口（包括 FSMC 配置寄存器）
2）NOR Flash/PSRAM 控制器
3）NAND Flash/PC 卡控制器
4）外部器件接口

2.1 AHB 接口

CPU 和其它 AHB 总线主设备可通过该 AHB 从设备接口访问外部静态存储器。AHB 事务会转换为外部器件协议。尤其是当所选外部存储器的宽度为 16 位或 8 位时， AHB中的 32 位宽事务将被划分成多个连续的 16 或 8 位访问。片选将在每次访问时进行切换。

2.1.1 AHB 接口的Fault

出现以下条件时， FSMC 将产生 AHB 错误：

● 读取或写入未使能的 FSMC 存储区域
● 在 FSMC_BCRx 寄存器中的 FACCEN 位复位时读取或写入 NOR Flash 存储区域
● 在输入引脚 FSMC_CD（ Card Presence Detection）为低电平时读取或写入 PC 卡存储区域

此 AHB 错误的影响具体取决于尝试进行读写访问的 AHB 主设备：
● 如果为 Cortex™-M4F CPU，则会生成硬性故障 (hard fault) 中断
● 如果为 DMA，则会生成 DMA 传输错误，并会自动禁用相应的 DMA 通道AHB 时钟 (HCLK) 是 FSMC 的参考时钟。

2.1.2 支持的存储器和事务

1）通用事务规则

所请求的 AHB 事务传输大小可以是 8、 16 或 32 位，但访问的外部器件具有固定的数据宽度。这可能会导致不一致的数据宽度。因此，必须遵循一些简单的事务规则：

● AHB 事务数据宽度和存储器数据宽度相等没有任何问题。

● AHB 事务数据宽度大于存储器宽度在此情况下， FSMC 会将 AHB 事务分为多个较小的连续存储器访问，以便符合外部数据宽度。

对具有字节选择功能的器件（ SRAM、 ROM、 PSRAM）进行异步访问。

a) FSMC 允许写入事务通过其字节选择通道 NBL[1:0] 访问恰当的数据
b) 允许读取事务。会读取所有存储器字节，并将丢弃无用的存储器字节。 NBL[1:0]在读取事务期间保持为低电平。

对不具有字节选择功能的器件（ 16 位 NOR 和 NAND Flash）进行异步访问。

当请求对 16 位宽的 Flash 存储器进行字节访问时会发生此情形。显然，不能在字节模式下访问此器件（只能针Flash 存储器读取或写入 16 位字），因此：

a) 不允许写入事务
b) 允许读取事务。会读取所有存储器字节，并将丢弃无用的存储器字节。 NBL[1:0]在读取事务期间保持低电平。

2）配置寄存器

FSMC 可通过一个寄存器组进行配置。有关 NOR Flash/PSRAM 控制寄存器的详细说明

2.2 外部器件地址映射

从 FSMC 的角度，外部存储器被划分为 4 个固定大小的存储区域，每个存储区域的大小为256 MB（请参见下图 ）：

● 存储区域 1 可连接多达 4 个 NOR Flash 或 PSRAM 存储器器件。此存储区域被划分为 4 个NOR/PSRAM 区域，带 4 个专用片选信号。
● 存储区域 2 和 3 用于连接 NAND Flash 器件（每个存储区域一个器件）
● 存储区域 4 用于连接 PC 卡设备

对于每个存储区域，所要使用的存储器类型由用户在配置寄存器中定义。

3 地址映射

3.1 NOR/PSRAM地址映射

HADDR[27:26] 位用于从表 185 中所示的四个存储区域之中选择其中一个存储区域。

NOR/PSRAM 存储区域选择

 HADDR[25:0] 包含外部存储器地址。由于 HADDR 为字节地址，而存储器按字寻址，所以根据存储器数据宽度不同，实际向存储器发送的地址也将有所不同，如下表所示。

外部存储器地址

如果外部存储器的宽度为 16 位， FSMC 将使用内部的 HADDR[25:1] 地址来作为对外部存储器的寻址地址
FSMC_A[24:00]。
无论外部存储器的宽度为 16 位还是 8 位， FSMC_A[0] 都应连接到外部存储器地址 A[0]。
 

NOR Flash/PSRAM 的回卷支持
不支持同步存储器的回绕突发模式。存储器必须按未定义长度的线性突发模式进行配置。

3.2 NAND/PC卡地址映射

在此情况下，有三个存储区域，每个存储区域分为各个存储空间，如下表所示。

存储器映射和时序寄存器

 对于 NAND Flash 存储器，通用区和特性区存储空间分为三个部分，均位于低位 256 KB 中（见下面的表）：

● 数据区域（通用/特性存储空间中的第一个 64 KB）
● 命令区域（通用/特性存储空间中的第二个 64 KB）
● 地址区域（通用/特性存储空间中的下一个 128 KB）

NAND 存储区域选择

应用程序软件使用这 3 个区域来访问 NAND Flash 存储器：

● 向 NAND Flash 存储器发送命令：软件可以向命令区域中的任意存储器位置写入命令值。
● 指定读取或写入的 NAND Flash 地址：软件可以向地址区域中的任意存储位置写入地址值。由于地址的长度可以是 4 或 5 个字节（具体取决于实际存储器大小），要指定完整的地址，需要对地址区域执行多个连续写入操作。
● 读取或写入数据：软件将从数据区域中的任意存储器位置读取数据值，或者向其中写入数据值。

由于 NAND Flash 存储器会自动递增地址，所以在访问连续存储器位置时，无需递增数据区域
的地址。