FMC/FSMC/EXMC总线NORFlash/PSRAM接口（异步-复用-不突发/同步-复用-突发）

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目录

1 简介

1.1 框图

1.2 接口定义

1.3 读写时序图、时序配置参数

1.4 PSRAM控制器异步工作模式分类

1.5  PSRAM寄存器配置

1.5.1 控制寄存器BCR

1.5.2  片选时序寄存器BTR

1.5.3  写入时序寄存器BWTR

2 异步复用FPGA接口设计

2.1 实际配置的时序

2.2 接口信号处理

3 同步复用突发模式

3.1 手册中时序及reg配置

3.2寄存器设置、测试代码

3.3 FPGA实际抓取的时序图

4 参考文献

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1 简介

        使用STM32F4xx系列的 FMC 总线实现与 FPGA 的通信，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、NOR、FLASH 以及 NAND FLSAH 类型的存储器。

        FMC 包含五个主要模块： AHB 接口（包括 FMC 配 置 寄 存 器 ）、 NOR Flash/PSRAM/SRAM 控制器、NAND Flash/PC 卡控制器、SDRAM 控制器和外部器件接口。 所有的外部存储器共享数据器输出的地址、数据、控制总线，每个外部设备可以通过唯一一 个片选信号加于区分。

1.1 框图

   FMC 的框图、地址分配如下图所示。

   

1.2 接口定义

本设计用到的接口说明。

1.3 读写时序图、时序配置参数

  

若外部连接真是存储器，则参数的配置需要与具体的存储器对应，满足其要求。参数在配置寄存器中设置。

ADDSET=地址建立时间；ADDHOLD=地址保持时间； DATAST=数据建立时间；CLK由HCLK分频得出。

1.4 PSRAM控制器异步工作模式分类

        详见参考文献1的《RM0090 / STM32F40xxx、STM32F41xxx、STM32F42xxx、STM32F43xxx基于 ARM 内核的 32 位高级 MCU 》第32章。本设计采用的是复用模式。

      主要分为扩展模式（ABCD），非扩展模式（1,2），复用模式。其中扩展模式要用到第3个配置寄存器。

1.5  PSRAM寄存器配置

   PSRAM内部分为4块，每一块都有一组3个配置寄存器。

   ABCD的扩展模式要用到第3个寄存器BWTR1..4单独配置写时序参数，其他模式读写都共用第2个寄存器BTR1..4中的参数。

1.5.1 控制寄存器BCR

位 19  CBURSTRW：写入突发使能 (Write burst enable)。

位 15  ASYNCWAIT：异步传输期间的等待信号 (Wait signal during asynchronous transfers)

位 14  EXTMOD：扩展模式使能 (Extended mode enable)。

位 13  WAITEN：等待使能位 (Wait enable bit)。

位 12  WREN：写入使能位 (Write enable bit)。

位 11  WAITCFG：等待时序配置 (Wait timing configuration)。

注：此处没有提及的位，详见参考文献1《RM0090》.

注意：代码移植到GD32F450芯片时，[3:2]存储器类型必须是NOR flash，[12]打开flash写入使能。否则FMC总线时序不正常，没有地址使能。

 

在MemoryType=PSRAM 或NOR Flash时，异步复用模式都可调整总线周转间隔时间BusTurnAroundDuration（两个操作间隔），值越小连续操作越快。

下图中对比两种MTYP、BUSTURN=8  or 15。按手册说明应采用NOR FLASH模式。

下图中为PSRAM，调整BUSTURN=2 OR 4。采样CLK为200M，FMC的HCLK=180M。

1.5.2  片选时序寄存器BTR

1.5.3  写入时序寄存器BWTR

    本设计未用到，详见参考文献1《RM0090》。

2 异步复用FPGA接口设计

2.1 实际配置的时序

2.2 接口信号处理

fpga_cs_ne1   片选，低有效

fpga_wr_nwe  写使能，低有效

fpga_nl_nadv  地址使能，低有效

fpga_rd_noe    读使能，低有效

fpga_db[15:0]  地址数据复用

地址使能有效：

fmc_addr_en = ((!fpga_cs_ne1) &  fpga_nl_nadv);

写使能有效：

wire fmc_wr_en; //写使能

assign fmc_wr_en = ((!fpga_cs_ne1) & (!fpga_wr_nwe) & fpga_nl_nadv);

wire [15:0] Din;//写入的数据，进入各个模块

assign Din  = fpga_db;

读使能有效：

wire fmc_rd_en; //读使能

assign fmc_rd_en = ((!fpga_cs_ne1) & (!fpga_rd_noe) & fpga_nl_nadv);

reg [15:0] rd_data_reg; //读 数据到总线

assign fpga_db = fmc_rd_en ? rd_data_reg : 16'hzzzz;//当读使能=1时，输出数据；为低时，fpga_db为高阻抗，输入数据；

（rd_data_reg 为内部读数据缓存寄存器,用读使能选择是否输出到三态总线）

3 同步复用突发模式

3.1 手册中时序及reg配置

3.2寄存器设置、测试代码

如下图PD3复用为FMC_CLK时钟，否则没有CLK输出。

同步复用突发模式的reg设置：

测试代码编写注意事项：

3.3 FPGA实际抓取的时序图

下图中采样时钟为180M，在FPGA中用FMC_CLK的90M同步处理：

 

下图仅用于观察突发起始地址为奇数地址时的总线时序（写突发拆分为2次操作）：

 

4 参考文献

1.《RM0090 / STM32F40xxx、STM32F41xxx、STM32F42xxx、STM32F43xxx基于 ARM 内核的 32 位高级 MCU 》

2.《WinnerI 双 4 代核开发板 综合实例/   第 11 章 微控制器与 FPGA 的 FMC 通信》