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【STM32H7教程】第49章 STM32H7的FMC总线应用之SDRAM

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第49章       STM32H7的FMC总线应用之SDRAM

本章教程为大家讲解SDRAM的驱动实现,后面LCD的显存和大数量的存取都要用到。

49.1 初学者重要提示

49.2 SDRAM硬件设计

49.3 SDRAM驱动设计

49.4 SDRAM板级支持包(bsp_fmc_sdram.c)

49.5 SDRAM驱动移植和使用

49.6 实验例程设计框架

49.7 实验例程说明(MDK)

49.8 实验例程说明(IAR)

49.9 总结

49.1 初学者重要提示

  1.   学习本章节前,务必优先学习第47章,需要对FMC的基础知识和HAL库的几个常用API有个认识。
  2.   学习SDRAM前搞清楚两个问题,一个是SDRAM的基本原理,还有一个就是那几个关键的参数,参数是STM32H7配置SDRAM的关键。这几个参数大概了解是什么意思即可,配置的时候,根据SDRAM的手册配置一下就完成了。
  3.   关于SDRAM的学习资料,推荐此贴:http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=1930。特别是《高手进阶,终极内存技术指南——完整/进阶版》,强烈推荐大家一定看下。
  4.   STM32H7驱动32位SDRAM的写速度狂飙376MB/S,读速度189MB/S。http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=91481

49.2 SDRAM硬件设计

SDRAM的硬件设计如下:

通过这个硬件设计我们要了解到以下几点知识:

  •   STM32H7采用的32位FMC接口驱动ISSI的SDRAM,型号IS42S32800G-6BLI,最高支持166MHz的时钟,容量32MB。
  •   标准的SDRAM一般都是4个BANK,这个芯片也不例外,芯片的总容量:

2Mbit x 32bit x 4bank = 268,435,456bits = 256Mbit 。

每个BANK由 4096rows x 512columns x 32bits组成。

这个比较重要,配置的时候要用到,也就是12行9列。

  •   片选采用的SDNE0,那么SDRAM的首地址是0xC000 000,控制32MB的空间。
  •   用到引脚所代表的含义:

了解这些知识就够了,剩下就是软件配置时的参数设置。

49.3 SDRAM驱动设计

下面将程序设计中的相关问题逐一为大家做个说明。

49.3.1 第1步,配置SDRAM的几个重要参数

STM32H7把这几个关键的参数做到了一个寄存器里面了,这些参数,手册上面有一些说明,但比较的笼统。

注:更多的参数介绍可以看本章初学者重要提示部分推荐的文档《高手进阶,终极内存技术指南——完整/进阶版》。

  • tRCD(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 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,广义的tRCD以时钟周期数为单位,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STM32H7驱动SDRAM,采用的200MHz,实际使用要做2分频,即100MHz,那么我们设置tRCD=2,就代表20ns的延迟。

  • 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(记住,CL只出现在读取操作中)。

  • tWR(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)。

  • tRP(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。

49.3.2 第2步,FMC时钟源选择

使用FMC可以选择如下几种时钟源HCLK3,PLL1Q,PLL2R和PER_CK:

我们这里直接使用HCLK3,配置STM32H7的主频为400MHz的时候,HCLK3输出的200MHz,这个速度是FMC支持的最高时钟,正好用于这里:

FMC驱动SDRAM的话,必须对FMC的时钟做2分频或者3分频,而且仅支持这两种分频方式,也就是说,SDRAM时钟可以选择200MHz/2 = 100MHz,或者200MHz/3 = 66MHz。

49.3.3 第3步,SDRAM时序参数配置

SDRAM的时序配置主要是下面几个参数,FMC时钟是200MHz,驱动SDRAM做了2分频,也就是100MHz,一个SDRAM时钟周期就是10ns,下面参数的单位都是10ns:

    SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay    = 2;
    SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;
    SDRAM_Timing.SelfRefreshTime      = 4;
    SDRAM_Timing.RowCycleDelay        = 7;
    SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime    = 2;
    SDRAM_Timing.RPDelay              = 2;
    SDRAM_Timing.RCDDelay             = 2;

下面就把这几个参数逐一为大家做个说明:

  •   TMRD

SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay  = 2;

TMRD定义加载模式寄存器的命令与激活命令或刷新命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数,V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TMRD=2就是12ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TMRD = 1时是10ns,超出了性能范围,TMRD=2时是20ns,所以这里取值2。

  •   TXSR

SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;

TXSR定义从发出自刷新命令到发出激活命令之间的延迟。不管那种SDRAM速度等级,此参数都是需要70ns,实际驱动SDRAM是用的100MHz,TXSR = 7时正好是70ns。

  •  TRAS

SDRAM_Timing.SelfRefreshTime  = 4;

TRAS定义最短的自刷新周期。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数,V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TRAS=7就是42ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TRAS = 4时是40ns,保险起见这里可以设置TRAS=5,实际测试40ns也是稳定的。

  •   TRC

SDRAM_Timing.RowCycleDelay = 7;

TRC定义刷新命令和激活命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数,V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TRC=10就是60ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TRAS = 7时是70ns,设置TRC=6也是可以的,不过保险起见,设置TRAS=7。

  •   TWR

SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime  = 2;

TWR定义在写命令和预充电命令之间的延迟。SDRAM手册上提供的是四种速度等级时提供的参数(TWR等效于TDPL),V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TWR/TDPL=2就是12ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TWR/TDPL = 1时是10ns,超出了性能访问。设置TWR/TDPL =2时是20ns,所以这里取值2。

  •   TRP

SDRAM_Timing.RPDelay  =  2;

TRP定义预充电命令与其它命令之间的延迟。SDRAM手册上提供四种速度等级的参数,V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TRP =3就是18ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TRP = 2时是20ns,满足要求。

  •   TRCD

SDRAM_Timing.RCDDelay = 2;

TRCD定义激活命令与读/写命令之间的延迟。SDRAM手册上提供四种速度等级的参数,V7开发板用的SDRAM支持166MHz,TRCD =3就是18ns,而我们实际驱动SDRAM是用的100MHz,TRCD = 2时是20ns,满足要求。

49.3.4 第4步,SDRAM基本参数配置

SDRAM的基本参数配置如下:

1.    hsdram.Init.SDBank             = FMC_SDRAM_BANK1;
2.    hsdram.Init.ColumnBitsNumber   = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_9;
3.    hsdram.Init.RowBitsNumber      = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12;
4.    hsdram.Init.MemoryDataWidth    = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_32;    
5.    hsdram.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;
6.    hsdram.Init.CASLatency         = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;
7.    hsdram.Init.WriteProtection    = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;
8.    hsdram.Init.SDClockPeriod      = SDCLOCK_PERIOD;
9.    hsdram.Init.ReadBurst          = FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE;
10.    hsdram.Init.ReadPipeDelay      = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0;
  •   第1行:硬件设计上用的BANK1。
  •   第2-3行:ISSI的SDRAM,型号IS42S32800G-6BLI,12行9列。
  •   第4行:SDRAM的带宽是32位。
  •   第5行:SDRAM有4个BANK。
  •   第6行:CAS Latency可以设置Latency1,Latency2和Latency3,实际测试Latency3稳定。
  •   第7行:关闭写保护。
  •   第8行:设置FMC做2分频输出给SDRAM,即200MHz做2分频,SDRAM的时钟是100MHz。

这里的SDCLOCK_PERIOD是个宏定义:

#define SDCLOCK_PERIOD    FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2

  •   第9行:使能读突发。
  •   第10行:此位定义CAS延时后延后多少个SDRAM时钟周期读取数据,实际测此位可以设置无需延迟。

49.3.5 第5步,SDRAM初始化

SDRAM的初始化如下:

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 数 名: SDRAM初始化序列
4.    *    功能说明: 完成SDRAM序列初始化
5.    *    形    参: hsdram: SDRAM句柄
6.    *              Command: 命令结构体指针
7.    *    返 回 值: None
8.    ******************************************************************************************************
9.    */
10.    static void SDRAM_Initialization_Sequence(SDRAM_HandleTypeDef *hsdram, 
11.                                              FMC_SDRAM_CommandTypeDef *Command)
12.    {
13.        __IO uint32_t tmpmrd =0;
14.     
15.        /*##-1- 时钟使能命令 ##################################################*/
16.        Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE;
17.        Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;;
18.        Command->AutoRefreshNumber = 1;
19.        Command->ModeRegisterDefinition = 0;
20.    
21.        /* 发送命令 */
22.        HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);
23.    
24.        /*##-2- 插入延迟,至少100us ##################################################*/
25.        HAL_Delay(1);
26.    
27.        /*##-3- 整个SDRAM预充电命令,PALL(precharge all) #############################*/
28.        Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL;
29.        Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
30.        Command->AutoRefreshNumber = 1;
31.        Command->ModeRegisterDefinition = 0;
32.    
33.        /* 发送命令 */
34.        HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);
35.    
36.        /*##-4- 自动刷新命令 #######################################################*/
37.        Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE;
38.        Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
39.        Command->AutoRefreshNumber = 8;
40.        Command->ModeRegisterDefinition = 0;
41.    
42.        /* 发送命令 */
43.        HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);
44.    
45.        /*##-5- 配置SDRAM模式寄存器 ###############################################*/
46.        tmpmrd = (uint32_t)SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_1          |
47.                         SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL   |
48.                         SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3           |
49.                         SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD |
50.                         SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
51.    
52.        Command->CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE;
53.        Command->CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK1;
54.        Command->AutoRefreshNumber = 1;
55.        Command->ModeRegisterDefinition = tmpmrd;
56.    
57.        /* 发送命令 */
58.        HAL_SDRAM_SendCommand(hsdram, Command, SDRAM_TIMEOUT);
59.    
60.        /*##-6- 设置自刷新率 ####################################################*/
61.        /*
62.            SDRAM refresh period / Number of rows)*SDRAM时钟速度 – 20
63.          = 64ms / 4096 *100MHz - 20
64.          = 1542.5 取值1543
65.        */
66.        HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(hsdram, REFRESH_COUNT); 
67.    }

这里把几个关键的地方阐释下:

  •   第16 - 22行,发送时钟使能命令。
  •   第25行,插入延迟,这个延迟是必不可少的,如果要自己移植的话,这个地方要特别注意。
  •   第28 – 34行,发送整个SDRAM预充电命令。
  •   第37 - 43行,发送自刷新命令。
  •   第46 – 58行,配置SDRAM模式寄存器。
  •   第66行,配置SDRAM的刷新率,关于刷新频率的数值是这么得到的。目前公认的标准是SDRAM中电容保存数据的上限是64ms,也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是:64ms /行数量。我们在看内存规格时,经常会看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 RefreshCycles/64ms的标识,这里的4096与8192就代表这个芯片中每个L-Bank的行数。刷新命令一次对一行有效,发送间隔也是随总行数而变化,4096行时为15.625μs,8192行时就为7.8125μs。 

V7开发板使用的型号IS42S32800G-6BLI,自刷新规格是4K / 64ms,即4096/64ms。刷新一行需要15.625μs。

刷新计数 = (SDRAM refresh period / Number of rows)*SDRAM时钟速度 – 20

         = (64ms / 4096)* 100MHz – 20

         =  1562.5 – 20

         =  1542.5 ,取值1543

实际上这个数值稍差点,在使用SDRAM时,基本都没有影响的。

注:截图里面的Com表示Commercial 商业级,而Ind表示Industrial工业级。V7用的是工业级的。

49.3.6 第6步,SDRAM使用

进行到这一步,已经可以像使用内部SRAM一样使用SDRAM了。除了本章节配套例子采用指针方式操作SDRAM,前面第26章的超方便使用方式和第27章的动态内存分配也非常推荐。

49.4 SDRAM板级支持包(bsp_fmc_sdram.c)

SDRAM驱动文件bsp_fmc_sdram.c提供了如下三个函数:

  •   bsp_InitExtSDRAM
  •   bsp_TestExtSDRAM1
  •   bsp_TestExtSDRAM2

49.4.1 函数bsp_InitExtSDRAM

函数原型:

void bsp_InitExtSDRAM(void)

函数描述:

此函数用于初始化SDRAM,用到的GPIO、时钟和FMC的SDRAM控制器都已经进行了初始化,调用了此函数就可以像使用内部SRAM一样使用SDRAM了。

注意事项:

  1. 关于此函数的讲解在本章第3小节。

使用举例:

作为初始化函数,直接在bsp.c文件的bsp_Init函数里面调用即可。

49.4.2 函数bsp_TestExtSDRAM1

函数原型:

uint32_t bsp_TestExtSDRAM1(void)

函数描述:

此函数用于扫描测试外部SDRAM的全部单元,如果有错误会返回错误单元个数。

函数参数:

  •   返回值,返回0表示整个SDRAM测试通过,返回值大于0表示错误的单元个数。

使用举例:

直接调用即可。

49.4.3 函数bsp_TestExtSDRAM2

函数原型:

uint32_t bsp_TestExtSDRAM2(void)

函数描述:

此函数用于扫描测试外部SDRAM,不扫描前面4M字节的显存,如果有错误会返回错误单元个数。

函数参数:

  •   返回值,返回0表示整个SDRAM测试通过,返回值大于0表示错误的单元个数。

使用举例:

直接调用即可。

49.5 SDRAM驱动移植和使用

SDRAM的驱动移植比较方便:

  •   第1步:复制bsp_fmc_sdram.c和bsp_fmc_sram.h到自己的工程目录,并添加到工程里面。
  •   第2步:这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和FMC驱动文件,简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
  •   第3步,应用方法看本章节配套例子即可,另外就是根据自己所使用SDRAM的时序参数修改配置。

49.6 实验例程设计框架

通过程序设计框架,让大家先对配套例程有一个全面的认识,然后再理解细节,本次实验例程的设计框架如下:

  第1阶段,上电启动阶段:

  •  这部分在第14章进行了详细说明。

  第2阶段,进入main函数:

  •  第1步,硬件初始化,主要是MPU,Cache,HAL库,系统时钟,滴答定时器,LED和串口。
  •  第2步,SDRAM的读写性能测试。

49.7 实验例程说明(MDK)

配套例子:

V7-028-外设32位带宽SDRAM性能测试

实验目的:

  1. 学习外部32位带宽SDRAM性能测试。

实验内容:

1、SDRAM型号IS42S32800G-6BLI, 32位带宽, 容量32MB, 6ns速度(166MHz)。

2、开启Cache

(1)使用MDK和IAR的各种优化等级测试,优化对其影响很小。

(2)写速度376MB/S,读速度182MB/S

3、关闭Cache

(1)使用MDK和IAR的各种优化等级测试,优化对其影响很小。

(2)写速度307MB/S,读速度116MB/S

4、IAR开启最高等级优化,读速度是189MB/S,比MDK的182MB/S高点。

5、对于MDK,本实验开启了最高等级优化和时间优化。

6、对IAR,本实验开启了最高等级速度优化。

实验操作:

  1. K1键按下,测试32MB写速度;
  2. K2键按下,测试32MB读速度;
  3. K3键按下,读取1024字节并打印;
  4. 摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常。

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1

程序设计:

系统栈大小分配:

RAM空间用的DTCM:

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置:

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区和SDRAM。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /* 配置SDRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0xC0000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_32MB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER2;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

主功能:

主程序实现如下操作:

  •   K1键按下,测试32MB写速度;
  •   K2键按下,测试32MB读速度;
  •   K3键按下,读取1024字节并打印;
  •   摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */

    DemoFmcSRAM(); /* 外部SDRAM读写测试 */
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DemoFmcSRAM
*    功能说明: SDRAM读写性能测试
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void DemoFmcSRAM(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */
    uint32_t err;
    
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下,测试32MB写速度 */
                    WriteSpeedTest();
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下,测试32MB读速度*/
                    ReadSpeedTest();
                    break;
                
                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下,读取1024字节并打印 */
                    ReadWriteTest();
                    break;
                
                case JOY_DOWN_OK:            /* 摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常*/
                    err = bsp_TestExtSDRAM1();
                    if (err == 0)
                    {
                        printf("外部SDRAM测试通过\r\n");
                    }
                    else
                    {
                        printf("外部SDRAM出错,错误单元个数:%d\r\n", err);
                    }
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

49.8 实验例程说明(IAR)

配套例子:

V7-028-外设32位带宽SDRAM性能测试

实验目的:

  1. 学习外部32位带宽SDRAM性能测试。

实验内容:

1、SDRAM型号IS42S32800G-6BLI, 32位带宽, 容量32MB, 6ns速度(166MHz)。

2、开启Cache

(1)使用MDK和IAR的各种优化等级测试,优化对其影响很小。

(2)写速度376MB/S,读速度182MB/S

3、关闭Cache

(1)使用MDK和IAR的各种优化等级测试,优化对其影响很小。

(2)写速度307MB/S,读速度116MB/S

4、IAR开启最高等级优化,读速度是189MB/S,比MDK的182MB/S高点。

5、对于MDK,本实验开启了最高等级优化和时间优化。

6、对IAR,本实验开启了最高等级速度优化。

实验操作:

  1. K1键按下,测试32MB写速度;
  2. K2键按下,测试32MB读速度;
  3. K3键按下,读取1024字节并打印;
  4. 摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常。

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1

程序设计:

系统栈大小分配:

RAM空间用的DTCM:

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置:

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM),FMC的扩展IO区和SDRAM。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /* 配置SDRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0xC0000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_32MB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER2;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

主功能:

主程序实现如下操作:

  •   K1键按下,测试32MB写速度;
  •   K2键按下,测试32MB读速度;
  •   K3键按下,读取1024字节并打印;
  •   摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */

    DemoFmcSRAM(); /* 外部SDRAM读写测试 */
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DemoFmcSRAM
*    功能说明: SDRAM读写性能测试
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void DemoFmcSRAM(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */
    uint32_t err;
    
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下,测试32MB写速度 */
                    WriteSpeedTest();
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下,测试32MB读速度*/
                    ReadSpeedTest();
                    break;
                
                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下,读取1024字节并打印 */
                    ReadWriteTest();
                    break;
                
                case JOY_DOWN_OK:            /* 摇杆OK键按下,测试SDRAM所有单元是否有异常*/
                    err = bsp_TestExtSDRAM1();
                    if (err == 0)
                    {
                        printf("外部SDRAM测试通过\r\n");
                    }
                    else
                    {
                        printf("外部SDRAM出错,错误单元个数:%d\r\n", err);
                    }
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

49.9 总结

本章节就为大家讲解这么多,不同厂家的SDRAM驱动基本都是一样的,仅仅是时序参数有些区别,配置时根据SDRAM手册上的参数设置即可。

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