8..STM32F469I---SDRAM使用及测试

feixiang20

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SDRAM概述

为了更好的体验显示效果，板载一块16MB的美光内存，型号为MT48LC4M32B2B5-6A，构成4 Meg x 32 (1 Meg x 32 x 4 banks)，12位行地址，8位列地址。主要特性参考数据手册如下：

关于SDRAM的使用，详细情况请参考对应的手册，这里只介绍几个重要的参数，包括TRCD, TRP, CL。

RCD 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 CASDelay（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
RP 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。
CL 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。

这些参数都可以参考上面的表1，需要注意的是这个值一般是指时钟周期，具体到不同的SDRAM时钟上的话，需要进行换算。数据手册上给出了具体的时间数，其值对应为18-18-18NS，单位是纳秒。

具体来说，在F469-DISCO开发板上，SDRAM的时钟周期最大可以达到HCLK/2，如果配置HCLK为180MHZ的话，则2分频后，SDRAM的时钟频率为90MHZ，一个周期长度约为11.1纳秒，所以在初始化的时候应该分别指定这些值为2, 2, 2。

GPIO配置

参考官方原理图，GPIO用到的主要包括地址线，这些是复用的，还是数据线，BANK选择等。见下图

只不过这些引脚有些多，可以参考官方例程查看具体用到的引脚。

FMC控制器配置

F469MCU内置FMC控制器，可以访问SRAM, SDRAM, NORFLASH等常见存储器件，这里主要指定一些基本的参数，先看代码，再做一个简单的说明。

  /* SDRAM device configuration */
  hsdram.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;

  SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay    = 2;
  SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 6;
  SDRAM_Timing.SelfRefreshTime      = 4;
  SDRAM_Timing.RowCycleDelay        = 6;
  SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime    = 2;
  SDRAM_Timing.RPDelay              = 2;
  SDRAM_Timing.RCDDelay             = 2;

  hsdram.Init.SDBank             = FMC_SDRAM_BANK1;
  hsdram.Init.ColumnBitsNumber   = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8;
  hsdram.Init.RowBitsNumber      = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12;
  hsdram.Init.MemoryDataWidth    = SDRAM_MEMORY_WIDTH;
  hsdram.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;
  hsdram.Init.CASLatency         = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;
  hsdram.Init.WriteProtection    = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;
  hsdram.Init.SDClockPeriod      = SDCLOCK_PERIOD;
  hsdram.Init.ReadBurst          = FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE;
  hsdram.Init.ReadPipeDelay      = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0;

  /* Initialize the SDRAM controller */
  HAL_SDRAM_Init(&hsdram, &SDRAM_Timing);

注意看TRP, TRCD及CL的配置，这里指定的都是2，因为SDRAM工作在90MHZ频率之下，2个时钟周期大约为20NS，刚好满足要求，不能再小了。

后面的一些参数，如行列地址线的数目，BANK的个数，基本都可以从SDRAM的数据手册上获取。

SDRAM的初始化序列

按官方手册上的介绍，在使用SDRAM之前，先要执行一系列的初始化命令，然后才能正常访问SDRAM。基本步骤如下：

同时给VDD及VDDQ上电
提供稳定的时钟信号
在发送命令前至少等待100US，在此期间拉高CKE，直到结束
发送PRECHARGE ALL命令
等待至少TRP指定的时间，直到预充电完成
发磅AUTO REFRESH命令，等待TRFC指定的时间
现在SDRAM可以进入模式选择阶段，这里如果不指定的话，SDRAM会进入默认的工作模式，也许不是用户需要的状态。
等待TMRD指定的时间后，SDRAM就可以正常访问了。

结合下面的代码可以看看

  __IO uint32_t tmpmrd =0;
  /* Step 3:  Configure a clock configuration enable command */
  Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;
  Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
  Command->AutoRefreshNumber = 1;
  Command->ModeRegisterDefinition = 0;

  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

  /* Step 4: Insert 100 us minimum delay */
  /* Inserted delay is equal to 1 ms due to systick time base unit (ms) */
  HAL_Delay(1);

  /* Step 5: Configure a PALL (precharge all) command */
  Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;
  Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
  Command->AutoRefreshNumber = 1;
  Command->ModeRegisterDefinition = 0;

  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

  /* Step 6 : Configure a Auto-Refresh command */
  Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;
  Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
  Command->AutoRefreshNumber = 8;
  Command->ModeRegisterDefinition = 0;

  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

  /* Step 7: Program the external memory mode register */
  tmpmrd = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1          |
                     SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |
                     SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |
                     SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
                     SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;

  Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;
  Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
  Command->AutoRefreshNumber = 1;
  Command->ModeRegisterDefinition = tmpmrd;

  /* Send the command */
  HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);

  /* Step 8: Set the refresh rate counter */
  /* (15.62 us x Freq) - 20 */
  /* Set the device refresh counter */
  hsdram->Instance->SDRTR |= ((uint32_t)((1292)<< 1));

至此，SDRAM的初始化就全部完成了，现在可以正常访问SDRAM了。

SDRAM的映射地址

SDRAM在MCU的地址空间中的映射地址为0xC0000000到0xC0FFFFFF，可随机线性访问。

代码测试

这里设计了一段简单的代码来测试所有的内存是否正常。首先将数据写入到SDRAM中，然后读出来，进行比较后判断是否正常。

SDRAM_Init();

HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)msg1, strlen(msg1), 100);

for(uwIndex = 0; uwIndex < uwCount; uwIndex += 4)
{
  *(__IO uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR + 4*uwIndex) = 0x01234567;
  if(*(__IO uint32_t*) (SDRAM_BANK_ADDR + 4*uwIndex) == 0x01234567)
  {
   percent2 = uwIndex * 100 / uwCount;

   if(percent1 != percent2)
   {
    sprintf(msg, "PASSED: %3d%%\r\n", percent2);
    HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)msg, strlen(msg), 100);
   }
   percent1 = percent2;

  }
  else
   while(1);

}

下面是测试结果

SDRAM数据手册：

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工程文件：

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