【10】STM32F767——————>SDRAM之W9825G6HK-6 附件有《高手进阶，终极内存技术指南——完整/进阶版》下载地址

1. 简述：
   1. SDRAM全称(Synchronous Dynamic Random Access Memory)，即同步动态随机存储器，与SRAM（静态存储器）区别：容量大、价格便宜； 
   2. STM32控制器芯片内部有一定大小的SRAM和FLASH作为内存和程序存储空间，但当程序教大RAM/ROM不够用时，就需要外扩存储器(例如8031需要外扩ROM一样)； 
   3. STM32F767IGT6自带了512K字节的SRAM，扩展SDRAM主要用来跑算法、驱动led屏、GUI;
   4. F7有2个SDRAM存储驱动，可独立配置；
      1. SDNE0+SDCLKE0：存储区域1
      2. SDNE1+SDCLKE1：存储区域2
   5. 实验板采用的芯片为：W9825G6KH，32M； 4Bank； 行：A0-A12;列：A0-A8;16位数据传输；
   6. 芯片存储结构为：
      1. 行地址：8192个
      2. 列地址：512个
      3. bank数目：4个
      4. 位宽：16位
      5. 芯片容量：8192*512*16 = 64Mbit = 32MByte;
2. FMC介绍：
   1. 简述：STM32F767使用FMC外设来管理扩展的存储器，FMC(Flexible Memory Controller)，可变存储控制器，用于驱动SRAM、SDRAM、NOR FLASH、NAND FLASH类型的存储器（不支持DDR类型的SDRAM）；FSMC，可变静态存储控制，不能用于驱动SDRAM这样的动态存储器，因为驱动SDRAM需要定时刷新；
   2. 存储区域：
      1. bank1 : 0xc000 0000 ------ 0xcfff ffff;
      2. bank2 : 0xd000 0000 ------ 0xdfff ffff;
   3. 初始化常用寄存器设置
      1. FMC_SDCRx: 设置SDRAM芯片功能
      2. FMC_SDCMR：设置时序；
      3. FMC_SDRTT：设置刷新频率；
   4. 框图
3. W9825G6KH框图
4. 电气连接
   1. FMC:A0-12 ------> SDRAM:A0 ------>A12;地址线：行/列
   2. FMC:BA0,BA1（或者叫A14,A15） ------> SDRAM:BA0,BA1; bank地址线
   3. FMC:D0-D15 ------>SDRAM:D0 ------>D15; 数据线
   4. FMC:SDCKE0 ------>SDRAM:CKE  时钟使能
   5. FMC:SDNE0 ------>SDRAM:CS（4、5决定用哪个bank）芯片使能
   6. FMC:SDCLK ------>SDRAM:CLK时钟线 同步时钟信号
   7. FMC:SDNWE ------>SDRAM:WE  写入使能
   8. FMC:SDNCAS ------>SDRAM:CAS  列选通
   9. FMC:SDNRAS ------>SDRAM:RAS  行选通
   10. FMC:NBL1 ------>SDRAM:UDQM    
   11. FMC:NBL0 ------>SDRAM:LDQM   10、11 数据掩码，表示DQ的有效部分
5. 存储单元
   1. SDRAM的存储单元(bank)是以阵列的形式排列的； 如下图所示：
   2. 存储框图
   3. 功能分析：
      1. SDRAM寻址原理：将存储阵列看成一个表格，通过行/列地址确定唯一位置（矩阵键盘）；
      2. 常见的SDRAM都有4个bank，寻址时要先指定bank号、行地址、列地址，才能找到目标地址；  
   4. 寻址过程：
      1. 首先RAS拉低，行地址有效，地址线A0~A12所表示的地址会被锁存在行地址译码器里面，bank地址线上的BS0,BS1表示选择的bank地址，对应相应的bank;
      2. CAS拉低，列地址有效，地址线A0~A12所表示的地址会被锁存在列地址译码器里面； 这样就完成一次寻址操作； 
   5. 数据传输
      1. 是用8位、16位数据传输
      2. LDQM(DQM0)：低电平时D[7:0]数据有效； 
      3. UDQM(DQM1)：低电平时D[15:0]数据有效； 
   6. SDRAM常用命令
      1. 命令禁止：CS高电平，停止新命令，不能停止当前正在执行的命令； 
      2. 空操作：用于选中SDRAM，防止SDRAM接受错误指令，以便接下来发送命令； 
      3. 行有效：
      4. 列有效：
         1. 读：WE：高，
         2. 写：WE：低
      5. 预充电(PRECHARGE):用于关闭bank中所打开的行地址，由于SDRAM的寻址具有独占性，所以在进行完读写操作后，如果要对同一bank的另一行进行寻址，就要将原来有效（打开）的行关闭，重新发送行/列地址； bank关闭现有行，准备打开新行的操作就叫做预充电（precharge）
      6. 刷新（refresh），用于刷新一行数据； SDRAM里面存储的数据，需要不断的进行刷新操作才能保留住，刷新命令对于SDRAM尤为重要；预充电和刷新都可以实现对SDRAM数据的刷新，不过预充电仅对当前打开的行有效(仅刷新当前行)； 刷新命令：可以依次对所有的行进行刷新操作
         1. 自动刷新：
         2. 自我刷新：休眠模式低功耗状态下的数据保存，CKE(低电平)进入自我刷新模式； CKE（高）退出自我刷新； 
      7. 模式寄存器（Mode Register Set）：每次SDRAM初始化都要用到； 
         1. 突发传输技术：只要指定起始列地址和突发长度 ，内存就会依次地自动对后面相应数量的存储单元进行读/写操作，而不需要控制器连续地提供列地址 ；这样除了第一个数据的传输需要若干个周期外，其后面每个数据只需要一个周期即可获得；
         2. 突发长度(Burst Length):BL ： 可选项：1、2、4、8 Full Page; 常见设定1；
         3. 突发访问地址模式（Addresssing Mode）:可以设置为顺序(sequential)和交错(interleave,地址是乱序的)；一般选择顺序
         4. 列地址选通延迟（CAS Latency）CL：一般设置2/3个时钟周期，注意列地址选通延迟（CL）仅在读命令有效，写命令不需要； 
         5. 写模式（Wrete Mode）:设置单次写的模式，可以选择突发写入或者单次写入； 
6. 软件流程
   1. SDRAM初始化
      1. 框图
      2. 上电，提供不少于100us的时钟
      3. 发送nop命令
      4. 发送预充电（precharge）命令，控制所有bank进行预充电，并等待Trp(依据芯片手册设置为：2，芯片是15ns，时钟周期：9.25ns)时间；
      5. 发送至少2个自动刷新(auto refresh)命令，每个命令后需等待Trc时间，通常设置为7；
      6. 发送加载模式寄存器（load mode register ）命令，配置SDRAM的工作参数，并等待Tmrd时间，表示加载模式寄存器命令行后的延迟； 通常设置为：2；
      7. 初始化完成，下一步读写初始化； 上述参数可通过数据手册找到； 
      8. 

      9.  /*********************************************************
          * 函数名：BSP_SDRAM_Init()
          * 描述  ：
          * 输入  ：无
          * 输出  ：无
          * 返回  ：无 
          * 调用  ：内部调用 
          **********************************************************/
         void BSP_SDRAM_Init(void)
         {
         	 /*##-1- Configure the SDRAM device #########################################*/
         	 /* SDRAM device configuration */
         	 FMC_SDRAM_TimingTypeDef  FMC_SDRAM_TimingInitStructure;
         	  
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.LoadToActiveDelay    = 2;    //加载模式寄存器到激活时间的延迟为2个时钟周期
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.ExitSelfRefreshDelay = 8;    //退出自刷新延迟为8个时钟周期
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.SelfRefreshTime	   = 6;     //自刷新时间为6个时钟周期                      
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.RowCycleDelay 	   = 6;     //行循环延迟为6个时钟周期
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.WriteRecoveryTime    = 2;    //恢复延迟为2个时钟周期
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.RPDelay			   = 2;     //行预充电延迟为2个时钟周期
         	 FMC_SDRAM_TimingInitStructure.RCDDelay			   = 2;     //行到列延迟为2个时钟周期
         	 
              SDRAM_Handle_InitStructure.Instance                = FMC_SDRAM_DEVICE;                     //SDRAM在BANK5,6  
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.SDBank 			= FMC_SDRAM_BANK1;                      //SDRAM接在BANK5上
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.ColumnBitsNumber	= FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_9;          //列数量
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.RowBitsNumber		= FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_13;            //行数量
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.MemoryDataWidth	= FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;           //数据宽度为16位
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;         //一共4个BANK
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.CASLatency 		= FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;              //CAS为3
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.WriteProtection	= FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;   //失能写保护
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.SDClockPeriod		= FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2;             //SDRAM时钟为HCLK/2=216M/2=108M=9.3ns
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.ReadBurst			= FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE;              //使能突发
         	 SDRAM_Handle_InitStructure.Init.ReadPipeDelay		= FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_1;              //读通道延时
         	 
         	 /* Initialize the SDRAM controller */
         	 HAL_SDRAM_Init(&SDRAM_Handle_InitStructure, &FMC_SDRAM_TimingInitStructure);
         
         	 /* Program the SDRAM external device */
         	 BSP_SDRAM_Initialization_Sequence(&SDRAM_Handle_InitStructure);    //发送初始化序列命令，设置模式寄存器； 
         }
         
         /*********************************************************
          * 函数名：BSP_SDRAM_Initialization_Sequence()
          * 描述  ：发送初始化序列命令，设置模式寄存器
          * 输入  ：无
          * 输出  ：无
          * 返回  ：无 
          * 调用  ：内部调用 
          **********************************************************/
          void BSP_SDRAM_Initialization_Sequence(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram)
         {
             u32 temp = 0;
             //初始化完成，还需设置操作序列； 模式寄存器； 
             
             BSP_SDRAM_SendCmd(0,FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE,1,0);//bank1,时钟使能,刷新次数，
             delay_us(500);  //不低于100us；
             BSP_SDRAM_SendCmd(0,FMC_SDRAM_CMD_PALL,1,0);//对所有存储区预充电
             BSP_SDRAM_SendCmd(0,FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE,8,0);//设置自刷新次数； 
             
             /*配置：1：访问长度；        [2:0]
                     2：访问类型          [3]
                     3：CAS周期值         [6:4]
                     4：运行模式          [8:7]
                     5：突发写模式        [9]     
                     6：保留位            [11:10]    */
             temp=(u32)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1      |	//设置突发长度:1(可以是1/2/4/8)
                   SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |	//设置突发类型:连续(可以是连续/交错)
                   SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |	//设置CAS值:3(可以是2/3)
                   SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |   //设置操作模式:0,标准模式
                   SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;     //设置突发写模式:1,单点访问
             
             BSP_SDRAM_SendCmd(0,FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE,1,temp);   //设置SDRAM的模式寄存器
         
             //刷新频率计数器(以SDCLK频率计数),计算方法:
         	//COUNT=SDRAM刷新周期/行数-20=SDRAM刷新周期(us)*SDCLK频率(Mhz)/行数
             //我们使用的SDRAM刷新周期为64ms,SDCLK=216/2=108Mhz,行数为8192(2^13).
         	//所以,COUNT=64*1000*108/8192-20=825.75;
             HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(&SDRAM_Handle_InitStructure,824);      //中文参考手册P365;
         }
         
         /*********************************************************
          * 函数名：BSP_SDRAM_SendCmd(u8 bankx, u8 cmd , u8 refresh, u16 regval)
          * 描述  ：简化设置模式寄存器程序；
                     1、bankx：0：  bank5发送命令
                               1：  bank6发送命令
                     2、cmd指令：
                             第一次调用：SDRAM时钟使能
                               二      ：所有存储区预充电
                               三      ：自动刷新次数
                               四      ：设置模式寄存器
                               五      ：自刷新
          * 输入  ：无
          * 输出  ：无
          * 返回  ：无 
          * 调用  ：内部调用 
          **********************************************************/
          u8 BSP_SDRAM_SendCmd(u8 bankx, u8 cmd , u8 refresh, u16 regval)
         {   
             u32 target_bank = 0;
             FMC_SDRAM_CommandTypeDef    FMC_SDRAM_CommandInitStructure;
             
             if(bankx == 0)
                 target_bank = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
             if(bankx == 1)
                 target_bank = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2;
             
             FMC_SDRAM_CommandInitStructure.CommandMode              =   cmd;            //命令
             FMC_SDRAM_CommandInitStructure.CommandTarget            =   target_bank;    //目标bank
             FMC_SDRAM_CommandInitStructure.AutoRefreshNumber        =   refresh;        //自刷新次数
             FMC_SDRAM_CommandInitStructure.ModeRegisterDefinition   =   regval;         //要写入模式寄存器的值
             
             if(HAL_SDRAM_SendCommand(&SDRAM_Handle_InitStructure,&FMC_SDRAM_CommandInitStructure,0x1000) == HAL_OK)
                 return 0;
             else
                 return 1;
         }

          

   2. 写操作
      1. 框图
      2. 发送激活命令：此命令同时发送行地址和bank地址，发送该命令后，需要等待Trcd(据芯片手册设置为：2，芯片是15ns，时钟周期：9.25ns)时间，才可以发送写命令； 
      3. 写命令：发送写命令的同时，设置列地址，完成对SDRAM的寻址，同时将数据 通过DQ数据线，存入SDRAM；
      4. 使能自动预充电：发送写命令的同时，拉高A10地址线，使能自动预充电以提高读写效率
      5. 执行预充电：预充电在发送激活命令的Tras时间后启动，并且需要等待Trp时间，来完成
      6. 完成一次数据 写入：最后发送第二个激活命令，启动下一次数据传输，这样就完成了一次数据的读取
   3. 读操作
      1. 框图
      2. 发送激活命令：此命令同时发送行地址和bank地址，发送该命令后，需要等待Trcd(据芯片手册设置为：2，芯片是15ns，时钟周期：9.25ns)时间，才可以发送写命令； 
      3. 读命令：发送读命令的同时，设置列地址，完成对SDRAM的寻址； 读操作还有一个CL延迟（CAS Latency），所以需要等待给定的CL延迟（2或3个clk）后，再从DQ数据线上读取数据；
      4. 使能自动预充电：发送写命令的同时，拉高A10地址线，使能自动预充电以提高读写效率
      5. 执行预充电：预充电在发送激活命令的Tras时间后启动，并且需要等待Trp时间，来完成
      6. 完成一次数据 写入：最后发送第二个激活命令，启动下一次数据传输，这样就完成了一次数据的读取；
7. 读/写例程：

   /*********************************************************
    * 函数名：BSP_FMC_SDRAM_WriteBuffer(u8 *pBuffer,u32 WriteAddr,u32 n);
    * 描述  ：在指定地址(SDRAM_BANK_ADDR + WriteAddr)处连续写入数据
               1、pBuffer：字节地址
               2、WriteAddr：要写入的地址
               3、写入的字节数
    * 输入  ：无
    * 输出  ：无
    * 返回  ：无 
    * 调用  ：内部调用 
    **********************************************************/
    void BSP_FMC_SDRAM_WriteBuffer(u8 *pBuffer,u32 WriteAddr,u32 n)
    {
        for(;n!=0;n--)
        {
           *(vu8*)(BSP_SDRAM_BANK5_ADDR + WriteAddr) = *pBuffer;
            WriteAddr ++;
            pBuffer ++;
        }
    }
   
   /*********************************************************
    * 函数名：BSP_FMC_SDRAM_ReadBuffer(u8 *pBuffer,u32 ReadAddr,u32 n);
    * 描述  ：在指定地址(SDRAM_BANK_ADDR + WriteAddr)处连续读出数据
               1、pBuffer：字节地址
               2、WriteAddr：要读出的地址
               3、写入的字节数
    * 输入  ：无
    * 输出  ：无
    * 返回  ：无 
    * 调用  ：内部调用 
    **********************************************************/
    void BSP_FMC_SDRAM_ReadBuffer(u8 *pBuffer,u32 ReadAddr,u32 n)
    {
        for(;n!=0;n--)
        {
           *pBuffer++ = *(vu8*)(BSP_SDRAM_BANK5_ADDR + ReadAddr);
            ReadAddr++;  
        }
    }

    

8. 总结：仍需努力； 
9. 参考资料
   1. 正点原子：STM32F7 开发指南(HAL 库版)
   2. 野火：STM32 HAL 库开发实战指南
   3. 《高手进阶，终极内存技术指南——完整/进阶版》免费下载地址http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1930
   4. 官方例程：STM32Cube_FW_F7_V1.4.0