本課講為大家講解CKS32F4xx系列產(chǎn)品的FSMC應(yīng)用實例，F(xiàn)SMC全稱是Flexible Static Memory Controller，讀作靈活的靜態(tài)存儲控制器，顧名思義，MCU可以通過FSMC擴(kuò)展靜態(tài)內(nèi)存，靈活則是因為支持PC卡/CF卡、SRAM、PSRAM、NOR Flash和NAND Flash等幾種模式，本應(yīng)用實例主要是幫助讀者們學(xué)習(xí)驅(qū)動NAND Flash。注意，F(xiàn)SMC并不能支持如SDRAM這類型動態(tài)存儲器，需要FMC功能才支持。

FSMC簡介

FSMC主要框圖

FSMC的主要思路是內(nèi)核想訪問存儲器，但是存儲器需要接收到特定的數(shù)據(jù)/地址/控制等信號，內(nèi)核并不好操作，于是就誕生了FSMC外設(shè)，有了這個外設(shè)我們就無須自己寫復(fù)雜的硬件時序，由配置好的FSMC替我們完成。根據(jù)配置的不同，F(xiàn)SMC可用于控制ROM、SRAM、NOR Flash、PSRAM和NAND Flash，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1FSMC框圖

從框圖可以了解到，F(xiàn)SMC外設(shè)包含4個模塊：AHB總線接口（包含配置寄存器）、NOR Flash/PSARM控制器、NAND Flash/PC 卡控制器、外部接口。

（1）內(nèi)核通過AHB總線發(fā)送總線事務(wù)請求，AHB時鐘（HCLK）是FSMC的參考時鐘。

（2）配置寄存器按配置形成擴(kuò)展外設(shè)的通信協(xié)議，驅(qū)動相應(yīng)的存儲器控制器，進(jìn)而控制外設(shè)。

（3）兩大控制器用于生成適當(dāng)?shù)臅r序，如NOR Flash/PSRAM控制器用于驅(qū)動8位、16位、32位的異步SRAM和ROM、異步或突發(fā)模式的NOR Flash和PSRAM；NAND/PC卡控制器用于驅(qū)動8位或16位的NAND Flash以及16位的PC卡兼容設(shè)備。

（4）不同外設(shè)共用一組地址數(shù)據(jù)總線、讀寫使能和輸入等待線，此共用信號基本上涵蓋了擴(kuò)展外設(shè)讀寫所需要的所有信息，地址用于尋址，讀寫使能和輸入等待線用于控制數(shù)據(jù)傳輸方向，并標(biāo)識數(shù)據(jù)有效時間以同步數(shù)據(jù)。FSMC每次訪問外設(shè)時，都會切換片選信號，如NOR Flash的NE信號，NAND Flash和PC卡的NCE信號，其余外設(shè)接口信號根據(jù)具體外設(shè)驅(qū)動方式分配。

FSMC設(shè)備地址映射

FSMC的外部設(shè)備地址映射劃分在0x60000000~0x9FFFFFFF這一段存儲空間內(nèi)，我們可以直接以讀寫內(nèi)存的形式訪問存儲設(shè)備，類似訪問片上外設(shè)寄存器一樣方便，如圖2所示將外部存儲器劃分為四個存儲塊（Bank），每個Bank對應(yīng)256M字節(jié)的空間，加起來FSMC總共管理著1G字節(jié)的空間。Bank1用于NOR Flash/PSRAM，最多可以連接4個存儲器，Bank2/3可以各接入1個NAND Flash，Bank4則用于擴(kuò)展PC卡兼容設(shè)備。本文主要探討NAND Flash驅(qū)動，因此主要討論塊2、塊3的相關(guān)配置。

圖2FSMC存儲區(qū)域

對于NAND Flash/PC卡控制器，塊2.3.4被劃分為表1所示的訪問空間，地址映射分通用區(qū)和特性區(qū)，塊4-PC卡相比多了一個I/O空間，分別由各自的時序寄存器控制訪問時序。

表1 NAND Flash/PC卡地址

對于NAND Flash，通用空間和特性空間在其低256K字節(jié)部分劃分了3個區(qū)，前64K為地址區(qū)，中64K為命令區(qū)，后128K為數(shù)據(jù)區(qū)，地址范圍如表2所示。訪問NAND存儲空間流程簡單描述為：先發(fā)送命令到命令區(qū)，其次發(fā)送需要操作的地址至地址區(qū)，最后在數(shù)據(jù)區(qū)寫入或讀出數(shù)據(jù)，以上流程只需要在三個區(qū)內(nèi)任意地址執(zhí)行即可。

表2 每個存儲塊的低256K字節(jié)

NANDFlash/PC卡存儲器控制器

FSMC內(nèi)部有兩個獨(dú)立的控制器分別用于驅(qū)動NOR/PSRAM內(nèi)存和NAND/PC卡。由于本文所涉及的例子是驅(qū)動一個8位NAND Flash（型號K9F1G08U0E），所以這里主要講述一下NAND/PC卡控制器。

支持設(shè)備和接口

表3列出了FSMC支持的NAND設(shè)備、訪問模式和總線事務(wù)，可以看到NAND Flash/PC卡控制器能夠以異步方式訪問8位或16位的NAND Flash，而請求AHB操作的數(shù)據(jù)寬度可以是8位、16位、32位，為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦裕現(xiàn)SMC遵循以下原則：

1、AHB操作的數(shù)據(jù)寬度和外部存儲器寬度相同時，無傳輸一致性問題。

2、AHB操作的數(shù)據(jù)寬度大于外部存儲器寬度，F(xiàn)SMC將AHB操作分割成幾個連續(xù)的較小數(shù)據(jù)寬度的存儲器操作，以適應(yīng)外部存儲器。

3、AHB操作的數(shù)據(jù)寬度小于外部存儲器寬度，異步傳輸時不能進(jìn)行寫的操作，只能進(jìn)行讀操作，如表3灰色部分所示。

表3支持的存儲器和事務(wù)

表4列出了用于連接8位NAND Flash的接口信號，我們主要通過地址區(qū)（A17）、命令區(qū)（A16）和數(shù)據(jù)區(qū)（D[7:0]）這三個區(qū)來訪問NAND Flash，注意名稱前綴N表示低電平有效。

表4 8位NAND存儲器接口信號

NANDFlash操作流程

以NAND Flash頁讀取操作流程為例，說明控制器是怎么參與操作的：

1、根據(jù)所選8位NANDFlash的特性，配置控制寄存器FSMC_PCRx、通用區(qū)時序寄存器 FSMC_PMEMx和特性區(qū)時序寄存器FSMC_PATTx，進(jìn)而配置并使能相應(yīng)的存儲區(qū)域

2、根據(jù)NAND Flash命令集在通用區(qū)域的命令區(qū)執(zhí)行字節(jié)寫操作，將頁讀取的命令寫入命令區(qū)，在NWE低電平時，F(xiàn)lash的CLE輸入有效，將命令鎖存。

3、在通用區(qū)域或特性區(qū)域的地址區(qū)寫入表示讀操作起始地址的相應(yīng)字節(jié)，在NEW低電平時，F(xiàn)lash的ALE輸入有效，將地址鎖存為讀操作起始地址。

4、借助特性存儲器空間，可設(shè)置預(yù)等待功能，當(dāng)寫入地址結(jié)束時，控制器會等待存儲器準(zhǔn)備好，R/NB信號變?yōu)榈碗娖胶蠓娇稍L問新的存儲空間。

5、在通用區(qū)域的數(shù)據(jù)區(qū)按字節(jié)讀出數(shù)據(jù)完成頁讀取操作。

6、后續(xù)可繼續(xù)執(zhí)行第五步讀出數(shù)據(jù)而無需再進(jìn)行命令和地址的寫操作，或重新執(zhí)行第三步寫入新的地址，或重新執(zhí)行第二步發(fā)送新的命令。

NANDFlash/PC卡寄存器

控制寄存器FSMC_PCRx

位1 PWAITE：等待特性使能位=1時，使能等待特性，注意當(dāng)使能等待特性后，需配置相應(yīng)等待時間，如使用讀芯片忙腳作為反饋時，可關(guān)閉等待特性。

位2 PBKEN：NAND Flash/PC卡存儲區(qū)域使能位=1時使能存儲塊功能，于FSMC_NANDcmd函數(shù)內(nèi)使能。

位3 PTYP：存儲器類型=1時為NAND Flash，設(shè)置0時為PC卡、PC卡等。

位5:4 PWID:數(shù)據(jù)總線寬度，用于定義外部存儲器設(shè)備寬度，00時為8位，01則16位。位6 ECCEN：ECC計算邏輯使能位=1時使能ECC邏輯。

位12:9 TCLR: CLE到RE的延遲時間，從0000到1111可配置1到16個HCLK周期。

位16:13 TAR: ALE到RE的延遲時間，從0000到1111可配置1到16個HCLK周期。

位19:17 ECCPS: ECC頁大小，自定義擴(kuò)展ECC的頁大小，000為256字節(jié)，001為512字節(jié)，最大配置101為8192字節(jié)。

通用存儲器空間時序寄存器FSMC_PMEMx

位7:0 MEMSETx：通用存儲器x的建立時間，定義為讀寫使能命令（NWE,NOE）前建立地址所需要的HCLK周期數(shù)，可設(shè)置0x00到0xFF表示2到257個周期數(shù)（NAND Flash）。

位15:8 MEMWAITx：通用存儲器x的等待時間，定義為保持讀寫使能命令（NWE,NOE）所需要的HCLK周期數(shù)，可設(shè)置0x01到0xFF表示2到256個周期數(shù)（再加上NWAIT變低的等待時間）,0x00用于保留。

位23:16 MEMHOLDx：通用存儲器x的保持時間，定義為讀寫禁止命令（NWE,NOE）后保持地址信號或數(shù)據(jù)信號的HCLK周期數(shù)，可設(shè)置0x01到0xFF表示1到255個周期數(shù)，0x00用于保留。

位31:24 MEMHIZx：數(shù)據(jù)總線高阻態(tài)時間，當(dāng)進(jìn)行寫操作時，數(shù)據(jù)總線需要保持一段時間的高阻態(tài)狀態(tài)，可設(shè)置0x00到0xFF表示1到256個HCLK周期數(shù)（NAND Flash）。

特性存儲器空間時序寄存器FSMC_PATTx與通用寄存器一樣，有同樣的4個參數(shù)分別為ATTHIZx、ATTHOLDx、ATTWAITx和ATTSETx，可自行對應(yīng)參考。

驅(qū)動NANDFlash示例

FSMC代碼示例

（1）FSMC初始化配置：A.首先開啟GPIO、FSMC、AFIO復(fù)用等三個時鐘，按外接引腳配置除PD6以外所有引腳復(fù)用推挽輸出，PD6忙腳作為上拉輸入，然后所有腳開啟FSMC復(fù)用功能。B.FSMC寄存器配置，使用外接忙腳作為應(yīng)答，因此關(guān)掉等待特性，數(shù)據(jù)寬度選擇8bit，使能ECC校驗功能，ECC頁大小為512字節(jié)，各信號時序因為外接模塊，最后初始化并使能復(fù)位。

（2）進(jìn)行讀取NAND Flash ID號的操作，按照上一節(jié)的控制邏輯，ReadID，必須發(fā)送命令90H（H代表16進(jìn)制）到命令區(qū)（命令區(qū)、地址區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的地址如表2所示），接著發(fā)送0x00到地址區(qū)，最后在數(shù)據(jù)區(qū)讀回32位的ID號0xECF10095。

（3）寫入操作前，需要先整塊擦除，命令區(qū)輸入0x60，然后地址區(qū)輸入要擦除的地址，再第二輪輸入命令區(qū)0xD0執(zhí)行擦除，函數(shù)最后返回讀取當(dāng)前狀態(tài)的值，會持續(xù)等待設(shè)備擦除完畢或超時退出。

（4）填充TxBuffer用于寫入實驗，目前填充共2K的空間，剛好一個頁容量。

（5）頁寫入TxBuffer的數(shù)據(jù)，函數(shù)的三個參數(shù)為TxBuffer、寫入地址和寫入頁的數(shù)量，給定TxBuffer數(shù)據(jù)，寫入地址為WriteReadAddr.Zone = 0x00、WriteReadAddr.Block = 0x00、WriteReadAddr.Page = 0x00，寫入頁數(shù)量為1。當(dāng)寫入頁數(shù)量不為0、地址狀態(tài)有效且狀態(tài)已準(zhǔn)備好時，進(jìn)入循環(huán)，發(fā)送寫入一次命令80H，寫入列地址表示頁內(nèi)偏移，無偏移所以為0x00，寫入行地址為當(dāng)前塊地址，在將Txbuffer依次連續(xù)寫入數(shù)據(jù)區(qū)，完成后二次命令0x10結(jié)束寫入，讀NAND Flash的忙腳等待寫入完成信號，等待完成后行地址遞增，可進(jìn)行下一個頁的寫入。

（6）頁讀取操作同頁寫入，命令區(qū)一次寫入0x00，二次寫入0x30，列地址0x00，行地址選當(dāng)前頁地址。二次命令寫入后才讀出數(shù)據(jù)給到RxBuffer。

（7）最后利用串口打印，讀ID、比較TxBuffer和RxBuffer（比較前100個數(shù)據(jù)）是否一致可以看到ID識別為0xECF10095，TxBuffer和RxBuffer數(shù)據(jù)一致。

審核編輯：劉清