STM32CubeMX实战教程（九）——外部SRAM+内存管理
外部SRAM+内存管理
- 前言
- 材料
- 运行内存RAM
-
- SRAM
- 内部CCRAM
- IS62WV51216
- 内存管理
- 工程配置
-
- 基础配置
- FSMC
- 进入代码
-
- __attribute__((at()))
- 动态内存分配
-
- malloc.h
- malloc.c
- 实验代码
-
- main
- gpio
- 下载验证
- 结语
前言
内存管理作为STM32及其他单片机非常重要的知识，可以说是单片机学习中必须要学到的，它不是像其他知识一样基于外设展开，而是基于自身内部的内存或是外部内存出发的；是学习较高级复杂的外设或功能如：USB，emWin，以及操作系统的基础，因为这是当单片机功能越来越复杂时绕不开的问题。
简单举个栗子：有时候需要申请一个很大的内存时，虽然现在STM32具备的内存已经非常大了，但是还是会出现不够用的情况，但是通过内存管理，可以根据所需内存是否长期需要，以及其他条件去判断是请外部内存，还是释放部分当前不用的内存来进行分配。
材料
- STM32F4正点原子探索者
- 开发板原理图
- HAL库函数手册
- 手
运行内存RAM
STM32F4的RAM主要由内部SRAM，内部CCRAM构成，如果有增加外部SRAM，那就由这三部分构成，下面简单说明一下三者区别
SRAM
静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）是随机存取存储器的一种。所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。相对之下，动态随机存取存储器（DRAM）里面所储存的数据就需要周期性地更新。然而，当电力供应停止时，SRAM储存的数据还是会消失（被称为volatile memory），这与在断电后还能储存资料的ROM或闪存是不同的。
内部SRAM则是单片机本身自带的SRAM，其大小都在STM32CubeMX选型中就可以看到，STM32F407ZG是自带192K的RAM，其中包括了SRAM和CCRAM。
外部SRAM则是有外部RAM芯片提供，内部空间不够时使用。
内部CCRAM
相比内部SRAM，内部CCRAM的读写速度会更加快，但它只受CPU直接控制，而不受外设读写控制。其他与内部SRAM无异，地址也在RAM中。
IS62WV51216
外部SRAM芯片，512K，顾名思义作为内部SRAM的补充和扩展，我们可以直接把变量定义在外部SRAM中，具体性能这里不详细介绍，感兴趣的话百度都能查，这里主要详细看看它的时序及工作方式。数据手册里面也是写得非常清楚了。
- 图中A0~18为地址线，总共19根地址线（即2^19=512K，1K=1024）；
- I/O0~15为数据线，总共16根数据线
- CS2和CS1都是片选信号，不过CS2是高电平有效CS1是低电平有效；OE是输出使能信号（读信号）；WE为写使能信号；UB和LB分别是高字节控制和低字节控制信号，即允许单独进行高8位或低8位的数据写入操作；
然后再根据各个时序图和时序表，一顿操作后得到几组读写时序数据，懒得计算的小伙伴也可以直接上正点原子的例程抄结果，结果和抄的姿势后面将列出。
内存管理
在面对有限的内存时，合理运用好内存管理可以使得MCU的资源分配更高效且快速，正如C语言中，当我们面对长度未知的变量时，往往采用动态内存分配的方法，利用malloc函数和指针，进行内存的动态申请和释放，STM32也可以用同样的原理进行内存的分配和调用，具体原理本文暂不深究，重在用法的掌握。
工程配置
基础配置
基础配置与前面其他文章完全一致，时钟主频为168M，使能一个LED灯，以及三个按键，便于现象观察
另外把LCD液晶使能一下，方便观察现象，具体配置如下，不懂的参考《STM32CubeMX实战教程（七）——TFT_LCD液晶显示》，当然也可以用串口输出。
FSMC
对于FSMC外设的作用和原理，已经在《STM32CubeMX实战教程（七）——TFT_LCD液晶显示》介绍过了，这里也不再重复，这里直接开始配置。
由于NE4已经使能给LCD显示了，这里就使用NE3作为SRAM，其对应的地址范围为0x68000000~6BFFFFFF，当然也可以用NE1或者NE2，但是在代码中的基地址则需要根据下表相对应修改，具体在生成代码后将进行解释。
根据IS62WV51216芯片介绍，需要19位地址信号及6位数据信号，于是对应了这里的Address和Data，同时由于该芯片支持字节控制，我们需要另外提供高低字节信号，即使能Byte enable。不使能等待信号。
以下是参数配置，
Wirte Operation
- Enable 允许向存储器写数据
- Disabled 只允许从存储器中读数据
Extended
- Disable 读写时序相同
- Enable 读写时序不同（分别配置）
然后是信号时序，直接对着抄就完事。
进入代码
生成代码后，先在Options for target中添加外部SRAM的地址和大小，此时编译器在变量的地址自动分配时也会把外部SRAM考虑在内了，如果想修改内存自动分配的优先级的话可以编写sct文件的方法实现，这不是本文重点，暂不深究。
default上的选项框不建议勾上，因为勾上即代表所选内存由编译器管理分配，即这时候不允许用户在此内存定义变量，所以也就不能用__attribute__关键字把变量定义在这个地方，否则出现类似以下的报错
attribute((at()))
uint32_t test[250000] __attribute__((at(0X68000000)));
在MDK中__attribute__是一个可以指定所定义变量地址的关键字，例如上述代码，可以利用这个关键字将数组test直接定义到指定地址0X68000000，非常灵活。但是需要注意的是，用这种方法定义变量时必须将变量定义成全局变量，即函数外。
动态内存分配
要实现内存的动态分配，就要有动态分配函数，对应C语言中的malloc函数，但是STM32本身并不自带这个功能，需要用户自己编写对应接口函数，这里正点原子也已经有成熟的malloc文件了，我对其稍作修改以适配HAL库版本开发，大家可以自行下载，下载链接，提取码为jmnj，下面我将为大家讲解基本函数及其用法。
malloc.h
#define MEM1_BLOCK_SIZE 32
#define MEM1_MAX_SIZE 110*1024
#define MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE MEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE
#define MEM2_BLOCK_SIZE 32
#define MEM2_MAX_SIZE 800 *1024
#define MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE MEM2_MAX_SIZE/MEM2_BLOCK_SIZE
#define MEM3_BLOCK_SIZE 32
#define MEM3_MAX_SIZE 60 *1024
#define MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE MEM3_MAX_SIZE/MEM3_BLOCK_SIZE
首先进入malloc.h代码，在第21行到第34行定义了各部分内存的内存大小，如上的参数MEM~_MAX_SIZE是可以根据实际灵活调整的，这里是指需要管理的内存大小，并不一定要等于实际，可以偏小，但是不能偏大，例如根据实际STM32型号不同或是外部SRAM芯片不同可以将如上的110，800，60几个参数对应修改。
void my_mem_init(uint8_t memx);
uint8_t my_mem_perused(uint8_t memx);
void myfree(uint8_t memx,void *ptr);
void *mymalloc(uint8_t memx,uint32_t size);
void *myrealloc(uint8_t memx,void *ptr,uint32_t size);
往下可以看到有几个函数，这里只需要关心以上几个函数就可以了，其他都是供内部调用使用的
- my_mem_init，这个函数是负责初始化内存块的，只有一个参数，填SRAMIN表示内部内存池；SRAMEX表示外部内存池；SRAMCCM表示CCM内存池
- my_mem_perused，这个函数可以用来获得内存的使用率，同样只有一个参数，填入数据同上，返回参数为内存使用率，即0~100
- myfree，内存释放函数，同C语言的free函数功能，输入参数为内存种类和首地址，那么所指定的内存块中指定地址之后的内存都会被释放
- mymalloc，内存申请函数，参数为内存块种类即需要申请的大小，单位为字节，返回申请到的内存首地址
- myrealloc，重新分配内存函数，输入参数为内存块种类，旧首地址和需要分配的内存大小，作用是将指定内存里的内容拷贝至新内存中，并返回新内存的首地址
malloc.c
在这个文件中我们需要关注的只有一处，也就是SRAM内存地址，在这个文件中是0X68000000，也就是对应FSMC配置时所选的NE3，如果选的是NE2，那么这里则改成0x64000000，按照FSMC一节表中列出的参数，以此类推，当然CCM内存的地址也可以对应实际情况进行修改。
这里再次强调，由于这里用到了关键字__attribute__，在Options for target中的target栏，如果填了对应的内存地址，那么在default选项框内千万不能打勾，否则编译时报错！！！
实验代码
由于内存管理和外部SRAM的实验本身是没有实验现象的，为了能够看到初始化成功的现象，这里参考正点原子的代码另外加入了实验现象的代码以便观察。具体原理不多解释了，直接抄代码就行。如果是用串口输出现象的话就把LCD相关输出函数改成串口打印。
main
首先，在main.c文件中引用
#include "ILI93xx.h"
#include "malloc.h"
不用液晶的话只包含malloc.h就行
其次，在main函数中定义新变量
uint8_t key;
uint8_t sramx=0;
uint8_t i=0;
uint8_t *p=0;
uint8_t *tp=0;
uint8_t paddr[18];
在while循环前添加
TFTLCD_Init();
LCD_Clear(WHITE);
my_mem_init(SRAMIN); //³õʼ»¯ÄÚ²¿ÄÚ´æ³Ø
my_mem_init(SRAMEX); //³õʼ»¯ÍⲿÄÚ´æ³Ø
my_mem_init(SRAMCCM); //³õʼ»¯CCMÄÚ´æ³Ø
POINT_COLOR=RED;//ÉèÖÃ×ÖÌåΪºìÉ«
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"MALLOC TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/15");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Malloc KEY2:Free");
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"KEY_UP:SRAMx KEY1:Read");
POINT_COLOR=BLUE;//ÉèÖÃ×ÖÌåΪÀ¶É«
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMIN");
LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"SRAMIN USED: %");
LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"SRAMEX USED: %");
LCD_ShowString(30,230,200,16,16,"SRAMCCM USED: %");
在while循环中添加
key=KEY_Scan(0);
switch(key)
{
case 0:
break;
case KEY0_PRES:
p=mymalloc(sramx,2048);
if(p!=NULL)sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);
break;
case KEY1_PRES:
if(p!=NULL)
{
sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);
LCD_ShowString(30,270,200,16,16,p);
}
break;
case KEY2_PRES:
myfree(sramx,p);
p=0;
break;
case WKUP_PRES:
sramx++;
if(sramx>2)sramx=0;
if(sramx==0)LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMIN ");
else if(sramx==1)LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMEX ");
else LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMCCM");
break;
}
if(tp!=p)
{
tp=p;
sprintf((char*)paddr,"P Addr:0X%08X",(uint32_t)tp);
LCD_ShowString(30,250,200,16,16,paddr);
if(p)LCD_ShowString(30,270,200,16,16,p);
else LCD_Fill(30,270,239,266,WHITE);
}
HAL_Delay(10);
i++;
if((i%20)==0)//DS0ÉÁ˸.
{
LCD_ShowNum(30+104,190,my_mem_perused(SRAMIN),3,16);
LCD_ShowNum(30+104,210,my_mem_perused(SRAMEX),3,16);
LCD_ShowNum(30+104,230,my_mem_perused(SRAMCCM),3,16);
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
}
在main.h添加下面代码用于位带操作
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+20)
#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+20)
#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+20)
#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+20)
#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+20)
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20)
#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+20)
#define GPIOH_ODR_Addr (GPIOH_BASE+20)
#define GPIOI_ODR_Addr (GPIOI_BASE+20)
#define GPIOJ_ODR_ADDr (GPIOJ_BASE+20)
#define GPIOK_ODR_ADDr (GPIOK_BASE+20)
#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+16)
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+16)
#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+16)
#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+16)
#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+16)
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16)
#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+16)
#define GPIOH_IDR_Addr (GPIOH_BASE+16)
#define GPIOI_IDR_Addr (GPIOI_BASE+16)
#define GPIOJ_IDR_Addr (GPIOJ_BASE+16)
#define GPIOK_IDR_Addr (GPIOK_BASE+16)
#define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)
#define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)
#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)
#define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)
#define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)
#define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)
#define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)
#define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)
#define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)
#define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)
#define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)
#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)
#define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)
#define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)
#define PHout(n) BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)
#define PHin(n) BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)
#define PIout(n) BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)
#define PIin(n) BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n)
#define PJout(n) BIT_ADDR(GPIOJ_ODR_Addr,n)
#define PJin(n) BIT_ADDR(GPIOJ_IDR_Addr,n)
#define PKout(n) BIT_ADDR(GPIOK_ODR_Addr,n)
#define PKin(n) BIT_ADDR(GPIOK_IDR_Addr,n)
gpio
gpio.c定义函数
uint8_t KEY_Scan(uint8_t mode)
{
static uint8_t key_up=1; //按键松开标志
if(mode==1)key_up=1; //支持连按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
{
HAL_Delay(10);
key_up=0;
if(KEY0==0) return KEY0_PRES;
else if(KEY1==0) return KEY1_PRES;
else if(KEY2==0) return KEY2_PRES;
else if(WK_UP==1) return WKUP_PRES;
}else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return 0; //无按键按下
}
这是正点原子的按键算法，比普通延时消抖可靠性更高，且支持连按，很好看懂，这里不多解释。在gpio.h中添加
#define KEY0 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4) //KEY0按键PE4
#define KEY1 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3) //KEY1按键PE3
#define KEY2 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_2) //KEY2按键PE2
#define WK_UP HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) //WKUP按键PA0
#define KEY0_PRES 1
#define KEY1_PRES 2
#define KEY2_PRES 3
#define WKUP_PRES 4
uint8_t KEY_Scan(uint8_t mode);
以上就是所有代码，接下来就可以下载至板子中看现象了。
下载验证
下载进开发板后可以根据屏幕上的提示进行操作了，KEY0为申请内存，KEY2为释放内存，KEY1为读内存，KEY_UP为切换内存块
具体下载方法这里不再重复，可查看《STM32CubeMX实战教程（一）——软件入门》，工程源文件我已经上传，
结语
本章就是STM32CubeMX的最后一篇实战教程了，考虑到其他外设的配置其实也可以依葫芦画瓢，以及更高阶的外设和STM32功能其实并不常用，而且也更加复杂，没办法一篇文章就能够讲清楚，所以教程数量并不多，但是我会把我做的例程都放在资源处，有需要的自行下载，没积分的私我邮箱，感谢大家支持，以后如果有其他教程或者学习笔记可能也会另外记录讲解~
祝大家事业蒸蒸日上！
奥里给~