【STM32F429-DISCOVERY学习笔记】STM32F429驱动SDRAM(IS42S16400J)详解

本文主要是介绍【STM32F429-DISCOVERY学习笔记】STM32F429驱动SDRAM(IS42S16400J)详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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驱动SDRAM的时序比较的麻烦一些，不像驱动SRAM，非常简单，网上搜索一下，估计有非常多的FPGA驱

动SDRAM的资料，而且是各种的给你讲时序问题，现在F429/439集成了控制器以后就方便很多了，用户只需配
置相应的寄存器即可，这里向大家推荐一篇文章，强烈的推荐，不懂SDRAM为何物的，一定要看看。
《高手进阶，终极内存技术指南——完整/进阶版》 http://bbs.armfly.com/read.php?tid=1930
1. 学习SDRAM驱动前的准备工作
学习SDRAM前搞清楚两个问题，一个是SDRAM的基本原理，还有一个就是那几个关键的参数，参数是F429
配置 SDRAM的关键，这几个参数大概知道是什么意思就行了，配置的时候，根据 SDRAM的手册配置一下就OK
了。在STM32F429/439的数据手册里关键参数说明，F429/439是把这几个关键的参数做到了一个寄存器里面
了，这些参数，手册上面有一些英文说明，但比较的笼统。

我推荐的那篇文章，建议大家一定要看，别的可以不看，这个必须得看，讲的实在太好了，我这里把一些关键的
参数摘录出来：
tRCD:
       在发送列读写命令时必须要与行有效命令有一个间隔，这个间隔被定义为tRCD，即RAS to CAS
Delay（RAS至CAS延迟），大家也可以理解为行选通周期，这应该是根据芯片存储阵列电子元件响
应时间（从一种状态到另一种状态变化的过程）所制定的延迟。tRCD是SDRAM的一个重要时序参数
，可以通过主板BIOS经过北桥芯片进行调整，但不能超过厂商的预定范围。广义的tRCD以时钟周期
（tCK，Clock Time）数为单位，比如tRCD=2，就代表延迟周期为两个时钟周期，具体到确切的时间
，则要根据时钟频率而定，对于PC100SDRAM，tRCD=2，代表20ns的延迟，对于PC133则为15ns
CL（CAS Latency）：
        在选定列地址后，就已经确定了具体的存储单元，剩下的事情就是数据通过数据I/O通道（DQ）输
出到内存总线上了。但是在CAS发出之后，仍要经过一定的时间才能有数据输出，从CAS与读取命令发
出到第一笔数据输出的这段时间，被定义为CL（CAS Latency，CAS潜伏期）。由于CL只在读取时出现，
所以CL又被称为读取潜伏期（RL，Read Latency）。CL的单位与tRCD一样，为时钟周期数，具体耗时
由时钟频率决定。
       数据写入的操作也是在tRCD之后进行，但此时没有了CL（记住，CL只出现在读取操作中）。
tWR：
        数据并不是即时地写入存储电容，因为选通三极管（就如读取时一样）与电容的充电必须要有一段
时间，所以数据的真正写入需要一定的周期。为了保证数据的可靠写入，都会留出足够的写入/校正时间
（tWR，WriteRecovery Time），这个操作也被称作写回（Write Back）。
tRP：
        在发出预充电命令之后，要经过一段时间才能允许发送RAS行有效命令打开新的工作行，这个间隔被
称为tRP（Precharge command Period，预充电有效周期）。和tRCD、CL一样，tRP的单位也是时钟周
期数，具体值视时钟频率而定。
我这里就先贴上这几个参数，其它的参数，大家可以查阅相关的资料。
2.  F429/439手册中对SDRAM的介绍
       如果你看了我在前面推荐的那个文章，现在看这个手册还是比较容易的。我这里就象征性的贴一下F429
439自带SDRAM控制器的特性和引脚，其它的大家自己看手册就行。

3. F429/439驱动SDRAM详细过程
说明：以官方的Demonstration做例子

第一步：F429的时钟配置
        F429/439支持最高主频180Mhz，相比于407只提高了12M, 感觉劲还是不足，传说STM32F5系列将
做到250MHz，就相当的给力了。
F429配置过程和以前芯片的配置过程是一样的，我这里主要是想通过这个配置得到SDRAM的时钟频率，先
说明一下这个开发板外接的是8MHz的晶振，通过锁相环得到180的主频。

#define PLL_SOURCE_HSE    // HSE (8MHz) used to clock the PLL, and the PLL is used as system clock source
/*  PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N  */
#if defined  (PLL_SOURCE_HSI)
#define PLL_M      16
#else
#define PLL_M      8
#endif
#define PLL_N      360
/* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */
#define PLL_P      2
/* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock =  PLL_VCO / PLLQ */
#define PLL_Q      7
由上面的公式得到 : SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P =( (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N)/PLL_P  = 180
/* HCLK = SYSCLK / 1 = 180 */ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK / 2 = 90 */ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;
/* PCLK1 = HCLK / 4 = 45 */ RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;
第二步：引脚配置
        驱动前要先搞清楚一个问题，驱动SDRAM的行选和列选的地址线是分时复用的，和SRAM不同
需要完整的地址线才可以访问各个地址空间，官方提供的原理图

关于这个芯片的特点：

标准的SDRAM一般都是4个BANK，这个芯片也不例外，芯片的总容量
1Mbitx 16-bit x 4-bank = 67,108,864 bits = 64-Mbit ，每个BANK的组成
4096rows x 256 columns x 16 bits, 这个比较重要，配置的时候要用到，也就是
12行8列。
第三步：FMC配置
这里FMC驱动SDRAM只支持两种频率，分别是
SDCLK period = 2 x HCLK periods
SDCLK period = 3 x HCLK periods
根据我们上面的配置，HCLK是180MHz，这里SDCLK就是2分频或者3分频，官方提供的
这个例子，在注释上面有误，他们是按照主频168MHz，2分频是SDCLK = 84MHz注释的，
不过不影响使用，只是注释上面是这样的。按照90MHz的话，每个时钟周期就是11.1ns
7个SDRAM关键参数的配置，下面一个一个的说。
1. TMRD
/* TMRD: 2 Clock cycles */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_LoadToActiveDelay = 2;
这里为什么成2，查手册, 手册上提供的是三种速度等级时提供的参数，我们这里是用
的90MHz，也取2个肯定是没问题的。

2. TXSR
/* TXSR: min=70ns (6x11.10ns) */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_ExitSelfRefreshDelay = 7;
开发板上面用的SDRAM速度等级的7，最高工作频率时143MHz

3. TRAS
/* TRAS: min=42ns (4x11.10ns) max=120k (ns) */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_SelfRefreshTime = 4;

4. TRC
/* TRC: min=63 (6x11.10ns) */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RowCycleDelay = 7;

5. TWR
/* TWR: 2 Clock cycles */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_WriteRecoveryTime = 2;

6. TRP
/* TRP: 15ns => 2x11.10ns */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RPDelay = 2;

7. TRCD
/* TRCD: 15ns => 2x11.10ns */
FMC_SDRAMTimingInitStructure.FMC_RCDDelay = 2;

时序设置好以后就是SDRAM控制器的配置。

/* 支持两个SDRAM的BANK，这里使用的是bank2  */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_Bank = FMC_Bank2_SDRAM;
  /* 根据这个SDRAM的特性是12行，8列，在这里配置一下 */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ColumnBitsNumber = FMC_ColumnBits_Number_8b;
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_RowBitsNumber = FMC_RowBits_Number_12b;
  /* 数据位宽是16 */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDMemoryDataWidth = SDRAM_MEMORY_WIDTH;
  /* 此芯片支持4个bank */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_InternalBankNumber = FMC_InternalBank_Number_4;
  /* 设置CAS的延迟是3 */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_CASLatency = SDRAM_CAS_LATENCY;
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_WriteProtection = FMC_Write_Protection_Disable;
  /* 配置SDCLK的时钟频率 */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDClockPeriod = SDCLOCK_PERIOD;
  /* 禁止读取时的突发模式 */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ReadBurst = SDRAM_READBURST;
  /* 设置ReadPipe时的延迟  */
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_ReadPipeDelay = FMC_ReadPipe_Delay_1;
  FMC_SDRAMInitStructure.FMC_SDRAMTimingStruct = &FMC_SDRAMTimingInitStructure;
第四步：SDRAM初始化
1.  使能时钟
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_CLK_Enabled;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_Command_Target_bank2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {  }
  /* Send the command */
  FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
2.  插入100ms的延迟
  __Delay(10);
3.  预充电配置
  /* Configure a PALL (precharge all) command */
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_PALL;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_Command_Target_bank2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {
  }
  /* Send the command */
  FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
4. 自动刷新配置
  /* Configure a Auto-Refresh command */
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_AutoRefresh;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_Command_Target_bank2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 4;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = 0;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {
  }
  /* Send the  first command */
  FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {  }
  /* Send the second command */
  FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
5. 配置外部模式寄存器
  /* Program the external memory mode register */
  tmpr = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_2          |
                   SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |
                   SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |
                   SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
                   SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
  /* Configure a load Mode register command*/
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandMode = FMC_Command_Mode_LoadMode;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_CommandTarget = FMC_Command_Target_bank2;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_AutoRefreshNumber = 1;
  FMC_SDRAMCommandStructure.FMC_ModeRegisterDefinition = tmpr;
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {
  }
  /* Send the command */
  FMC_SDRAMCmdConfig(&FMC_SDRAMCommandStructure);
6. 刷新频率设置
  /* Set the refresh rate counter */
  /* (7.81 us x Freq) - 20 */
  /* Set the device refresh counter */
  FMC_SetRefreshCount(683);
  /* Wait until the SDRAM controller is ready */
  while(FMC_GetFlagStatus(FMC_Bank2_SDRAM, FMC_FLAG_Busy) != RESET)
  {  }
关于刷新频率的的数值是这么得到的，这里得详细的说一下，目前公认的标准是，存储体中电容的数据有效保存期上限是
64ms（毫秒，1/1000秒），也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是：行数量/64ms。我们在看内
存规格时，经常会看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 RefreshCycles/64ms的标识，这里的4096与8192就代表这
个芯片中每个L-Bank的行数。刷新命令一次对一行有效，发送间隔也是随总行数而变化，4096行时为15.625μs（微秒，
1/1000毫秒），8192行时就为7.8125μs。
       SDRAM的手册上说是4096 refresh cycles every 64 ms，这里就应该是15.525us，而注释上面是按8192行计算
的，郁闷，有时间得研究研究。