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--- icore3l_18 [2020/11/11 10:37]
zgf
+++ icore3l_18 [2020/11/11 11:18] (当前版本)
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+===== 实验十八：SDRAM实验——读写测试SDRAM =====
+==== 一、实验目的与意义 ====
+  - 了解STM32 SDRAM结构
+  - 了解STM32 SDRAM特征
+  - 掌握SDRAM的使用方法
+  - 掌握STM32 HAL库中SDRAM属性的配置方法
+  - 掌握KEILMDK 集成开发环境使用方法
+==== 二、实验设备及平台 ====
+  - iCore3L 双核心板
+  - JLINK（或相同功能）仿真器
+  - Micro USB线缆
+  - Keil MDK 开发平台
+  - STM32CubeMX开发平台
+  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机
+==== 三、实验原理 ====
+=== 1.SDRAM简介 ===
+  * 同步动态随机存取内存（synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM）是有一个同步接口的动态随机存取内存（DRAM）。通常DRAM是有一个异步接口的，这样它可以随时响应控制输入的变化。而SDRAM有一个同步接口，在响应控制输入前会等待一个时钟信号，这样就能和计算机的系统总线同步。时钟被用来驱动一个有限状态机，对进入的指令进行管线(Pipeline)操作。这使得SDRAM与没有同步接口的异DRAM(asynchronous DRAM)相比，可以有一个更复杂的操作模式。管线意味着芯片可以在处理完之前的指令前，接受一个新的指令。在一个写入的管线中，写入命令在另一个指令执行完之后可以立刻执行，而不需要等待数据写入存储队列的时间。在一个读取的流水线中，需要的数据在读取指令发出之后固定数量的时钟频率后到达，而这个等待的过程可以发出其它附加指令。
+  * SDRAM是多Bank结构，例如在一个具有两个Bank的SDRAM的模组中，其中一个Bank在进行预充电期间，另一个Bank却马上可以被读取，这样当进行一次读取后，又马上去读取已经预充电Bank的数据时，就无需等待而是可以直接读取了，这也就大大提高了存储器的访问速度。为了实现这个功能，SDRAM需要增加对多个Bank的管理，实现控制其中的Bank进行预充电。在一个具有2个以上Bank的SDRAM中，一般会多一根叫做BAn的引脚，用来实现在多个Bank之间的选择。
+SDRAM具有多种工作模式，内部操作是一个复杂的状态机。SDRAM器件的引脚分为以下几类：
+  - 控制信号：包括片选、时钟、时钟使能、行列地址选择、读写有效及数据有效。
+  - 地址信号：时分复用引脚，根据行列地址选择引脚，控制输入的地址为行地址或列地址。
+  - 数据信号：双向引脚，受数据有效控制。
+SDRAM的所有操作都同步于时钟。根据时钟上升沿控制管脚和地址输入的状态，可以产生多种输入命令:
+  * 模式寄存器设置命令
+  * 激活命令
+  * 预充命令
+  * 读命令
+  * 写命令
+  * 带预充的读命令
+  * 带预充的写命令
+  * 自动刷新命令
+  * 自我刷新命令
+  * 突发停命令
+  * 空操作命令
+  * 根据输入命令，SDRAM状态在内部状态间转移。内部状态包括模式寄存器设置状态、激活状态、预充状态、写状态、读状态、预充读状态、预充写状态、自动刷新状态及自我刷新状态。
+  * SDRAM支持的操作命令有初始化配置、预充电、行激活、读操作、写操作、自动刷新、自刷新等。所有的操作命令通过控制线CS#、RAS#、CAS#、WE#和地址线、体选地址BA输入。
+=== 2.FMC简介 ===
+  * STM32F429IGHx使用FMC外设来管理扩展的存储器，FMC是Flexible Memory Controller的缩写，译为可变存储控制器。它可以用于驱动包括SRAM、SDRAM、PSRAM、NOR FLASH以及NAND FLSAH类型的存储器。
+  * FMC有6个存储区域，每个区域支持256MB的寻址空间。
+    * (1)数字列表项目存储区域 1 可连接多达 4 个 NOR Flash 或 PSRAM 设备。此存储区域被划分为如下 4 个NOR/PSRAM 子区域，带 4 个专用片选信号：
+      * 存储区域 1 NOR/PSRAM 1
+      * 存储区域 1 NOR/PSRAM 2
+      * 存储区域 1 NOR/PSRAM 3
+      * 存储区域 1 NOR/PSRAM 4
+    * (2)存储区域2用于SDRAM器件，具体是SDRAM存储区域1还是SDRAM存储区域2取决于BMAP位配置。
+    * (3)存储区域3用于连接NAND Flash器件。此空间的MPU存储器特性必须通过软件重新配置到器件中。
+    * (4)存储区域5和6用于连接SDRAM器件（每个存储区域1个器件）。
+  * 对于每个存储区域，所要使用的存储器类型可由用户应用程序通过配置寄存器配置。
+  * 本实验使用FMC控制SDRAM。启动时，必须通过用户应用程序对用于连接 FMC SDRAM 控制器与外部 SDRAM 设备的SDRAM I/O 引脚进行配置。应用程序未使用的 SDRAM 控制器 I/O 引脚可用于其它用途。
+FMC的存储区域如图所示：
+{{ :icore3l:icore3l_arm_hal_18_1.png?direct |}}
+FMC框图如下：
+{{ :icore3l:icore3l_arm_hal_18_2.png?direct |}}
+=== 3.SDRAM的地址映射 ===
+两个可用的SDRAM存储区域如图：
+{{ :icore3l:icore3l_arm_hal_18_3.png?direct |}}
+=== 4.SDRAM控制寄存器 ===
+  * 控制SDRAM的有FMC_SDCR1/FMC_SDCR2控制寄存器、FMC_SDTR1/FMC_SDTR2 时序寄存器、FMC_SDCMR 命令模式寄存器以及 FMC_SDRTR刷新定时器寄存器。其中控制寄存器及时序寄存器各有2个，分别对应于SDRAM存储区域1和存储区域2的配置。
+  * FMC_SDCR控制寄存器可配置SDCLK的同步时钟频率、突发读使能、写保护、CAS延迟、行列地址位数以及数据总线宽度等。
+  * FMC_SDTR时序寄存器用于配置SDRAM访问时的各种时间延迟，如TRP行预充电延迟、TMRD加载模式寄存器激活延迟等。
+  * FMC_SDCMR命令模式寄存器用于存储要发送到SDRAM模式寄存器的配置，以及要向SDRAM芯片发送的命令。
+  * FMC_SDRTR 刷新定时器寄存器用于配置 SDRAM 的自动刷新周期。
+=== 5.原理图 ===
+{{ :icore3l:icore3l_arm_hal_18_4.png?direct |}}
+==== 四、实验程序 ====
+.主函数
+<code c>
+int main(void)
+{
+int i,j;
+  HAL_Init();
+  SystemClock_Config();
+  MX_GPIO_Init();
+  MX_FMC_Init();
+  BSP_SDRAM_Init();
+  for(j = 0; j < 64;j++)  //向SDRAM中写入0~65536并读取校验
+  {
+     for(i = 0;i < 65536;i++)
+     {
+	 write_sdram((65536 * j + i),i);
+     }
+  }
+  for(j = 0; j < 64; j++)
+  {
+     for(i = 0;i < 65536;i++)
+     {
+	 if(i != read_sdram((65536 * j + i))) //读取SDRAM中的值，测试是否成功写入
+         {
+             while(1)       //测试失败，红色LED闪烁
+	     {
+		  LED_RED_ON;
+		  HAL_Delay(500);
+		  LED_RED_OFF;
+		  HAL_Delay(500);
+	     }
+	 }
+     }
+  }
+  HAL_Delay(1000);
+  LED_RED_ON;        //测试成功，红色LED常亮
+  while (1)
+  {
+  }
+}
+</code>
+.SDRAM初始化函数
+<code c>
+uint8_t BSP_SDRAM_Init(void)
+{
+  static uint8_t sdramstatus = SDRAM_ERROR;
+  /*SDRAM设备配置*/
+  SdramHandle.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;
+  /* FMC SDRAM Bank配置 */
+  /* SD时钟频率为90 Mhz的定时配置（180Mhz / 2） */
+  /* TMRD：2个时钟周期 */
+  Timing.LoadToActiveDelay    = 2;
+  /* TXSR：最小值= 70ns（7x11.11ns） */
+  Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;
+  /* TRAS：最小值= 42ns（4x11.11ns）最大值= 120k（ns） */
+  Timing.SelfRefreshTime      = 4;
+  /* TRC：最小值= 70（7x11.11ns） */
+  Timing.RowCycleDelay        = 7;
+  /* TWR：最小值 = 1 + 7ns（1 + 1x11.11ns） */
+  Timing.WriteRecoveryTime    = 2;
+  /* TRP:  20ns => 2x11.11ns*/
+  Timing.RPDelay              = 2;
+  /* TRCD: 20ns => 2x11.11ns */
+  Timing.RCDDelay             = 2;
+  /* FMC SDRAM控制配置 */
+  SdramHandle.Init.SDBank             = FMC_SDRAM_BANK1;
+  /* 列寻址: [7:0] */
+  SdramHandle.Init.ColumnBitsNumber   = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8;
+  /* 行寻址: [11:0] */
+  SdramHandle.Init.RowBitsNumber      = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12;
+  /*SDRAM的数据宽度 */
+  SdramHandle.Init.MemoryDataWidth    = SDRAM_MEMORY_WIDTH;
+  /*SDRAM内部的Bank数目 */
+  SdramHandle.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;
+  /*CASLatency的时钟个数*/
+  SdramHandle.Init.CASLatency         = SDRAM_CAS_LATENCY;
+  /*是否使能写保护模式 */
+  SdramHandle.Init.WriteProtection    = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;
+  /*配置同步时钟SDCLK的参数*/
+  SdramHandle.Init.SDClockPeriod      = SDCLOCK_PERIOD;
+  /*是否使能突发读模式*/
+  SdramHandle.Init.ReadBurst          = SDRAM_READBURST;
+  /*在CAS个延迟后再等待多少个HCLK时钟才读取数据 */
+  SdramHandle.Init.ReadPipeDelay      = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_1;
+  /*SDRAM控制器初始化*/
+  BSP_SDRAM_MspInit(&SdramHandle, (void *)NULL);
+  if(HAL_SDRAM_Init(&SdramHandle, &Timing) != HAL_OK)
+  {
+    sdramstatus = SDRAM_ERROR;
+  }
+  else
+  {
+    sdramstatus = SDRAM_OK;
+  }
+  /*SDRAM初始化顺序*/
+  BSP_SDRAM_Initialization_sequence(REFRESH_COUNT);
+  return sdramstatus;
+}
+</code>
+.SDRAM读写函数
+<code c>
+#define  write_sdram(offset,data) *(volatile unsigned short int *)(SDRAM_DEVICE_ADDR + (offset << 1)) = data
+#define  read_sdram(offset) *(volatile unsigned short int *)(SDRAM_DEVICE_ADDR + (offset << 1))
+</code>
+.FMC初始化函数
+<code c>
+void MX_FMC_Init(void)
+{  //本实验中我们只用到了FMC的引脚，时序配置使用官方提供的SDRAM驱动
+  FMC_SDRAM_TimingTypeDef SdramTiming = {0};
+  /* 执行SDRAM1存储器初始化序列 */
+  hsdram1.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;
+  /* hsdram1初始化 */
+  hsdram1.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK1;
+  hsdram1.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8;
+  hsdram1.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_13;
+  hsdram1.Init.MemoryDataWidth = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;
+  hsdram1.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;
+  hsdram1.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_1;
+  hsdram1.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;
+  hsdram1.Init.SDClockPeriod = FMC_SDRAM_CLOCK_DISABLE;
+  hsdram1.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_DISABLE;
+  hsdram1.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0;
+  /* Sdram时序 */
+  SdramTiming.LoadToActiveDelay = 16;
+  SdramTiming.ExitSelfRefreshDelay = 16;
+  SdramTiming.SelfRefreshTime = 16;
+  SdramTiming.RowCycleDelay = 16;
+  SdramTiming.WriteRecoveryTime = 16;
+  SdramTiming.RPDelay = 16;
+  SdramTiming.RCDDelay = 16;
+  if (HAL_SDRAM_Init(&hsdram1, &SdramTiming) != HAL_OK)
+  {
+    Error_Handler( );
+  }
+}
+</code>
+==== 五、实验步骤 ====
+  - 把仿真器与iCore3L的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
+  - 把iCore3L通过Micro USB线与计算机相连，为iCore3L供电；
+  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
+  - 烧写程序到iCore3L上；
+  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
+==== 六、实验现象 ====
+SDRAM读写测试成功，红色LED灯常亮。测试失败红色LED灯闪烁。

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