STM32CubeMX系列教程21:SDRAM
在看下面教程之前，如果你之前没有使用过SDRAM，建议先看以下文档，以对SDRAM的原理和控制有一定的了解。
一、SDRAM简介
SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)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开发板使用的SDRAM型号是IC42S16400J-7TL或IS42S16400J-7TL（两个型号仅产地不同，性能相同），它是一颗8M字节（1 Meg Bits × 16Bits × 4 Banks = 67108864 bits = 64-Mbit）内存芯片。顺便说下：“-7TL”中，7表示速度等级，T表示封装 TSOPII，L表示无铅（符合RoHS标准），属于商用系列，工作温度：0℃ ~ 70℃。如下为芯片数据手册：
SDRAM的内部是一个存储阵列，阵列就如同表格一样，先指定一个行（Row），再指定一个列（Column），我们就可以准确地找到所需要的单元格，这就是内存芯片寻址的基本原理。对于内存，这个单元格可称为存储单元,那么这个表格就是逻辑Bank（Logical Bank，下文简称L-Bank）。SDRAM内部分割成多个L-Bank。IC42S16400J分为四个Bank。
二、SDRAM硬件简介
上图是SDRAM内部结构图，引脚(Pin)所对应的功能简单翻译如下：
A0~A11:时分复用地址总线(发送地址时，先行后列，12行，8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UDQM/LDQM:数据掩码VDD/VDDQ:工作电压/DQ电压GND/GNDQ:相应电压接地SDRAM与Open746I-C开发板连接如下图：
对于SDRAM来说，有三个参数对其性能影响至关重要，它们是tRCD、CL和tRP，对于这三个参数的详细描述可以查看“高手进阶，终极内存技术指南——完整.doc”。下面是对三个参数的一些简要摘录（顺便加多了一个tWR）：
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），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。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IS42S16400J-7TL，tRCD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（CL只出现在读取操作中）。对于IS42S16400J-7TL，CL可取2或3个周期。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。对于IS42S16400J-7TL，tRP为15ns。
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）。对于IS42S16400J-7TL，tWR为2个周期。
三、FMC之SDRAM控制器简介
这里贴一下SDRAM控制器的特性，详细可查看数据手册：
操作SDRAM，需要先知道它的地址映射区域。从下图可知，SDRAM在STM32内部是连续的地址空间，我们使用的是区域2，所以地址应该在0xD0000000 ~ 0xDFFFFFFF之间。
由于我们的SDRAM是4Bank，12行，8列，由下图知，对于32位的地址空间，其23~31位的地址是固定了。为0xD0000000。0~22位的地址是实际的SDRAM可变地址，即地址映射为：0xD0000000 ~ 0xD07FFFFF
控制SDRAM涉及到以下几个寄存器，之后在对SDRAM配置时，使用到的位会有简单的介绍，详细描述请查看数据手册。SDRAM控制寄存器1，2（FMC_SDCR1,FMC_SDCR2）SDRAM时序寄存器1，2（FMC_SDTR1,FMC_SDTR2）SDRAM命令模式寄存器（FMC_SDCMR）SDRAM刷新定时器寄存器（FMC_SDRTR）总的SDRAM初始化步骤如下，读者可以在对SDRAM配置完成后，返回对照下面的步骤在看一下相应的代码，相信会有一定的收获。
前面对SDRAM和STM32的SDRAM控制器有了一些简单的介绍，对于使用cube库的用户来说，基本是足够使用了。由于有SDRAM控制器，我们只需要简单的对控制器相应位进行配置后，就可以像操作内部的SRAM一样去操作SDRAM。
四、stm32CubeMX配置与说明 复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，选择SDRAM 1,配置为4 banks，地址线12 bits,数据线 16 bits。
FMC之SDRAM引脚映射配置如下（注意PH5是FMC_SDNWE）：
FMC配置如下
下面详细说明，各个选项的配置：1.Bank 由硬件连接决定需要选择SDRAM bank 22.Column bit number表示列数，8位3.Row bit number表示行数，12位4.CAS latency表示CAS潜伏期，即上面说的CL，该配置需要与之后的SDRAM模式寄存器的配置相同，这里先配置为2 memory clock cycles(对于SDRAM时钟超过133MHz的，则需要配置为3 memory clock cycles)5.Write protection 表示写保护，一般配置为Disabled6.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216MHz，SDRAM common clock设置为2分频，那SDCLK时钟为108MHz，每个时钟周期为9.25ns
7.SDRAM common burst read 表示突发读，这里选择使能8.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0 HCLK clock cycle
前面这8项主要是对SDRAM控制寄存器1，2（FMC_SDCR1,FMC_SDCR2）相关位进行的配置
接下来的7项是对SDRAM时序寄存器1，2（FMC_SDTR1,FMC_SDTR2）相关位的配置9.Load mode register to active delay ： 加载模式寄存器命令和激活或刷新命令之间的延迟，按存储器时钟周期计
10.Exit self-refresh delay ： 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70ns，由于我们每个时钟周期为9.25ns，所以设为8 (70÷9.25，向上取整)
11.Self refresh time : 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9.25ns，所以设为5 (40÷9.25，向上取整)
12.SDRAM common row cycle delay : 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， 以存储器时钟周期数表示查数据手册知道其最小值为63ns，由于我们每个时钟周期为9.25ns，所以设为7 (63÷9.25，向上取整)
13.Write recovery time : 写命令和预充电命令之间的延迟，按存储器时钟周期数计
14.SDRAM common row precharge delay : 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9.25ns，所以设为2 (15÷9.25，向上取整)
15.Row to column delay : 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9.25ns，所以这里本应该设为2 (15÷9.25，向上取整)但要注意，时序必须满足以下式子：TWR ≥ TRAS - TRCDTWR ≥ TRC - TRCD - TRP其中：TWR = Write recovery time = 2TRAS = Self refresh time = 5TRC = SDRAM common row cycle delay = 7TRP = SDRAM common row precharge delay = 2TRCD = Row to column delay
所以这里Row to column delay应该取3
生成报告以及代码，编译程序。在fmc.c文件中可以看到初始化函数。在stm32f7xx_hal_sdram.h头文件中可以看到sdram的操作函数。
五、应用程序编写
下载这个应用文件解压并添加到工程中：
在main.c中包含头文件"stm32746g_sdram.h"
/* USER CODE BEGIN Includes */ #include "stm32746g_sdram.h" /* USER CODE END Includes */
添加变量，aRxBuffer,aTxbuffer为读写缓存，我uwWriteReadStatus存储读写状态。
/* USER CODE BEGIN PFP */ /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ #define BUFFER_SIZE ((uint32_t)0x0100) #define WRITE_READ_ADDR ((uint32_t)0x0800) /* Read/Write Buffers */ uint32_t aTxBuffer[BUFFER_SIZE]; uint32_t aRxBuffer[BUFFER_SIZE]; /* Status variables */ __IO uint32_t uwWriteReadStatus = 0; int i; /* USER CODE END PFP */
在main函数中添加以下测试代码：
/* USER CODE BEGIN 2 */
BSP_SDRAM_Initialization_sequence(&hsdram1, REFRESH_COUNT);
/*##-2- SDRAM memory read/write access #####################################*/
/* Fill the buffer to write */
for(i=0; i<BUFFER_SIZE; i++)
{
aTxBuffer[i]=0xC178A562+i; /* TxBuffer init */
}
/* Write data to the SDRAM memory */
BSP_SDRAM_WriteData(&hsdram1, SDRAM_DEVICE_ADDR+WRITE_READ_ADDR,aTxBuffer, BUFFER_SIZE);
printf("\r\n/* Write data to the SDRAM memory */\r\n\r\n");
for(i=0;i< BUFFER_SIZE;i++)
{
printf("%02X:0x%08X ",i,aTxBuffer[i]);
}
printf("\r\n");
/* Read back data from the SDRAM memory */
BSP_SDRAM_ReadData(&hsdram1, SDRAM_DEVICE_ADDR+WRITE_READ_ADDR, aRxBuffer, BUFFER_SIZE);
printf("\r\n/* Read back data from the SDRAM memory */\r\n\r\n");
for(i=0;i< BUFFER_SIZE;i++)
{
printf("%02X:0x%08X ",i,aRxBuffer[i]);
}
printf("\r\n");
/*##-3- Checking data integrity ############################################*/
for (i = 0; (i < BUFFER_SIZE); i++)
{
if (aRxBuffer[i] != aTxBuffer[i])
uwWriteReadStatus++;
}
if(uwWriteReadStatus == 0 ) /* check date */
printf("\r\n SDRAM Test OK\r\n");
else
printf("\r\n SDRAM Test False\r\n");
/* USER CODE END 2 */这里详细说一下BSP_SDRAM_Initialization_sequence函数，主要是实现上SDRAM初始化的步骤3~8
void BSP_SDRAM_Initialization_sequence(uint32_t RefreshCount)
{
__IO uint32_t tmpmrd = 0;
/* 时钟配置使能,对应STM32初始化SDRAM步骤3 */
Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;
Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
Command.AutoRefreshNumber = 1;
Command.ModeRegisterDefinition = 0;
/* Send the command */
HAL_SDRAM_SendCommand(&sdramHandle, &Command, SDRAM_TIMEOUT);
/* 等待指定延迟周期,对应STM32初始化SDRAM步骤4 */
/* Inserted delay is equal to 1 ms due to systick time base unit (ms) */
HAL_Delay(1);
/* PALL（“预充电所有存储区域”）命令,对应STM32初始化SDRAM步骤5 */
Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;
Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
Command.AutoRefreshNumber = 1;
Command.ModeRegisterDefinition = 0;
/* Send the command */
HAL_SDRAM_SendCommand(&sdramHandle, &Command, SDRAM_TIMEOUT);
/* 自刷新命令,8个自刷新周期,对应STM32初始化SDRAM步骤6 */
Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;
Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
Command.AutoRefreshNumber = 8;
Command.ModeRegisterDefinition = 0;
/* Send the command */
HAL_SDRAM_SendCommand(&sdramHandle, &Command, SDRAM_TIMEOUT);
/* 配置SDRAM模式寄存器,对应STM32初始化SDRAM步骤7 */
/* 突发长度：1
突发传输方式：顺序
CAS潜伏期：2
操作模式：标准
操作模式：突发读/单一写
*/
tmpmrd = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1 |\
SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL |\
SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_2 |\
SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |\
SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
Command.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;
Command.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
Command.AutoRefreshNumber = 1;
Command.ModeRegisterDefinition = tmpmrd;
/* Send the command */
HAL_SDRAM_SendCommand(&sdramHandle, &Command, SDRAM_TIMEOUT);
/* 刷新率设置,对应STM32初始化SDRAM步骤8 */
HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(&sdramHandle, RefreshCount);
}步骤7对应于设置下图中的各个位，以配置SDRAM模式寄存器
步骤8刷新率设置由于我们使用的SDRAM芯片是4096行，所以这里的刷新率是64ms ÷（4096行） = 15.7us SDRAM使用108MHz，刷新周期为：15.7us × 108MHz = 1695.6COUNT = 1695.6 - 20 = 1675
