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天南地北客
发表于: 2017-6-12 20:51:10 | 显示全部楼层

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折腾过电脑的朋友都知道,当电脑运行比较卡的时候,我们可以通过给电脑加装内存条来改善电脑的性能。那么号称微型计算机的单片机能不能像电脑一样加装内存条呢?装内存条倒是不行,但是我们可以给单片机外加和内存条效果一样的SRAM来提升单片机的性能。下面以STM32F407ZGT6单片机来讲解一下来扩展外部SRAM。



原理:给STM32芯片扩展内存与给PC扩展内存的原理是一样的,只是PC上一般以内存条的形式扩展,内存条实质是由多个内存颗粒(即SRAM芯片)组成的通用标准模块,而STM32直接与SRAM芯片连接。


从上面的图片中我们可以看到,ARM芯片的下面就是我们今天的主角SRAM,具体型号为IS62WV51216。


黑黢黢的芯片我们也看不出什么东西来,下面就来看一看IS62WV51216的管脚图吧。


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哇!这么居然这么多管脚!别着急,下面我们来慢慢分析这些管脚。


除开基本的电源和地线,IS62WV51216的管脚大概可以这么来分类:

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看吧!这样一分类,是不是就没有那么恐怖啦。


所以IS62WV51216的管脚总的来说大致分为:电源线、地线、地址线、数据线、片选线、写使能端、读使能端和数据掩码信号线。


从这个图中我们可以看出IS62WV51216有19根地址线和16根数据线,从这些数据中我们可以分析出IS62WV51216的存储大小为1M,那么这个1M是怎么分析出来的呢?


我们得来说说IS62WV51216的存储原理。


首先,我们来谈一谈一般的SRAM的存储原理:


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sram的存储模型我们可以用矩阵来说明:


SRAM内部包含的存储阵列,可以把它理解成一张表格,数据就填在这张表格上。和表格查找一样,指定一个行地址和列地址,就可以精确地找到目标单元格,这是SRAM芯片寻址的基本原理。这样的每个单元格被称为存储单元,而这样的表则被称为存储矩阵。地址译码器把N根地址线转换成2的N次方根信号线,每根信号线对应一行或一列存储单元,通过地址线找到具体的存储单元,实现寻址。如果存储阵列比较大,地址线会分成行和列地址,或者行、列分时复用同一地址总线,访问数据寻址时先用地址线传输行地址再传输列地址。




但是呢?你会发现,这个原理好像不太适用于IS62WV51216,为什么呢?


其实不然,因为我们使用的SRAM比较小,IS62WV51216没有列地址线。它只有19根行地址线,那么,我们就可以这么来解释:IS62WV51216有16根数据线,也就是说它的数据宽度为16位,一个行地址也就对应16位,即2字节空间。好,那现在来计算一下IS62WV51216有多少个行地址。2的19次方等于512K,在512K的基础之上在乘我们之前计算的2字节,不正好是1024K,也就是1M吗?1M后面的单位是B,即Byte,而不是Bit哦。


这样的话你就会发现IS62WV51216这个名字中本身就包含了大量的信息:IS62WV51216共有512K个行地址,数据宽度为16位,再加以计算就可以得到它的存储大小为1M啦,有趣吧!


SRAM的大致原理我们讲完了,但是SRAM到底在stm32中到底是怎么被使用的呢?


下面,一位大神即将登场,FSMC。


STM32F407系列芯片使用FSMC外设来管理扩展的存储器


FSMC是Flexible StaticMemory Controller的缩写,就是灵活的静态存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH类型的存储器




其他我们不用管,从上面我们可以总结的是,stm32雇佣FSMC这个管家来管理我们的IS62WV51216。


来来来,我们来看看FSMC的庐山真面目:


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蒙了吧!又是这么多信号线,不要怕,我们还是来总结归纳一下。

我们FSMC控制SRAM为例来说明:

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你会发现居然和SRAM中的线居然高度统一(那是当然喏,我们就是讲的FSMC嘛!)1.FSM

C_NBL[1:0]分别对应于LB#、UB#,有什么用呢?提供数据掩码信号。具体是怎么回事呢?


还记得前面提到的行地址线吗?一根行地址线对应16位的数据,我们可以把16位的数据分为高字节和低字节。当要访问宽度为16位的数据时,使用行地址线指出地址,然后把UB#和LB#线都设置为低电平(FSMC_NBL0和FSMC_NBL1为低电平),那么I/O0-I/O15线(FSMC_D0到FSMC_D15)都有效,它们一起输出该地址的16位数据(或者接收16位数据到该地址);当要访问宽度为8位的数据时,使用行地址线指出地址,然后把UB#(FSMC_NBL0)设置为低电平,I/O8-I/O15(FSMC_D8到FSMC_D15)会对应输出该地址的高8位,I/O0-I/O7的信号无效(或者把LB#(FSMC_NBL1)设置为低电平,I/O0-I/O7(FSMC_D0到FSMC_D7)会对应输出该地址的低8位,I/O8-I/O15的信号无效。这样是不是有一部分信号没有用呢?好像被掩盖了。因此它们被称为数据掩码信号。


2.FSMC_NE[1:4]是个很有趣的东西,它决定了FSMC可以控制多个存储器。


这里就要提及FSMC的地址映射啦!


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首先,有一点我们必须明白,对于32位的stm32单片机来说,它能够管理的地址大小为4GB,而stm32将4GB的地址空间中的0x60000000到0x9FFFFFFF共1GB的空间分给外部内存,所以这1GB的空间就成了我们的小天地,供我们自由玩耍。


然后强势的FSMC就接管了这1GB的空间,FSMC将图中的1GB大小的External RAM存储区域分成了4个Bank区域,每个Bank对应于stm32内部寻址空间的不同地址范围。那么为什么要分为不同的Bank区域呢?因为不同的Bank可以来管理不同的外部存储设备,比如NOR Flash及SRAM存储器只能使用Bank1的地址,NAND Flash存储器只能使用Bank2和Bank3的地址,等。


细心的你肯定还会发现,每个Bnak中居然还有4x64MB这种文字,这是什么意思呢?



Bank内部的256MB空间又被分成4个小块,每块64M,各自有相应的控制引脚用于连接片选信号。以Bank1为例,见下图:


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OK!重点来了!


刚刚前面提到的FSMC_NE[4:1]信号线就分别对应图中的FSMC bank1 NOR/PSRAM4到FSMC bank1 NOR/PSRAM1。当STM32访问0x6C000000-0x6FFFFFFF地址空间时,会访问到Bank1的第3小块区域:FSMC bank1 NOR/PSRAM3相应的FSMC_NE3信号线会输出控制信号(即片选信号),如果这个时候FSMC_NE3处刚好接上IS62WV51216的CS端,那么IS62WV51216就可以任由我们摆布啦。


因此,对于你使用IS62WV51216来说,一定要注意你的CS端是接的FSMC的哪个FSMC_NE端,这决定你在程序访问哪个地址范围。


下面来说一下在stm32F407中SRAM的硬件连接:


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图中需要注意的是,除了PG12的连接不固定外,其他的管脚都要按照图中的方式连,为什么呢?因为对于FSMC来说,它已经集成到了单片机内部,它的提供给的管脚已经确定了,是不能改动的。唯一具有灵活性的就是FSMC_NE,具体用哪个FSMC_NE管脚来和你的SRAM相连,当然是你的自由,但是不要忘了,你要找到你选的FSMC_NE所对应的地址范围,不然写程序的时候就搞不清喏!


怎么样?用FSMC来控制IS62WV51216还是很简单吧!


对于编程的具体细节我这里就不讲解了,懂了原理,写起代码来也很简单的。


原文转载自:http://www.jianshu.com/p/2e61bfe215c3

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