FSMC详解

1、FSMC简介：
FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和 16 位 PC 存储器卡连接，STM32 的 FSMC 接口支持包括 SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH 和 PSRAM 等存储器。
2、FSMC 的框图：

从上图我们可以看出，STM32 的 FSMC 将外部设备分为 3 类：NOR/PSRAM 设备、NAND设备、PC 卡设备。他们共用地址数据总线等信号，他们具有不同的 CS 以区分不同的设备， TFTLCD 可以用 FSMC_NE4 做片选，其实就是将 TFTLCD 当成 SRAM 来控制。
3、FSMC 的外部设备地址映像
STM32 的 FSMC将外部存储器划分为固定大小为 256M 字节的四个存储块，如图所示：

FSMC 总共管理 1GB 空间，拥有 4 个存储块（Bank）
4、 FSMC 存储块 1（Bank1）
STM32 的 FSMC 存储块 1（Bank1）被分为 4 个区，每个区管理 64M 字节空间，每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Bank1 的 256M 字节空间由 28 根地址线（HADDR[27:0]）寻址。
这 里 HADDR 是内 部 AHB 地址总 线，其 中 HADDR[25:0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而 HADDR[26:27]对 4 个区进行寻址。

说明：
（1）当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR[25:1]–>FSMC_A[24:0]
（2）当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR[25:0]–>FSMC_A[25:0]
（3）不论外部接8位/16位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址A[0]
注意：
（1）TFTLCD使用的是 16 位数据宽度，所以 HADDR[0]并没有用到，只有 HADDR[25:1]是有效的，对应关系变为：HADDR[25:1]→ FSMC_A[24:0]，相当于右移了一位
（2）HADDR[27:26]的设置，是不需要我们干预的，比如：当你选择使用 Bank1 的第三个区，即使用 FSMC_NE3 来连接外部设备的时候，即对应了 HADDR[27:26]=10，我们要做的就是配置对应第 3 区的寄存器组，来适应外部设备即可。
5、STM32 的 FSMC 各 Bank 配置寄存器如表所示：

对于 NOR FLASH 控制器，主要是通过 FSMC_BCRx、FSMC_BTRx 和 FSMC_BWTRx 寄存器设置（其中 x=1~4，对应 4 个区）。通过这 3 个寄存器，可以设置 FSMC 访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。
6、FSMC存储块1 支持的访问模式
STM32的FSMC存储块1 支持的异步突发访问模式包括：模式1、模式A~D等多种时序模型，驱动SRAM时一般使用模式1或者模式 A，这里使用模式A来驱动LCD（当SRAM用）
（1）模式A读时序图

（2）模式A写时序图

FSMC 的 NOR FLASH 控制器支持同步和异步突发两种访问方式。
（3）选用同步突发访问方式时，FSMC 将 HCLK(系统时钟)分频后，发送给外部存储器作为同步时钟信号 FSMC_CLK。
此时需要的设置的时间参数有 2 个：
1，HCLK 与 FSMC_CLK 的分频系数(CLKDIV)，可以为 2～16 分频；
2，同步突发访问中获得第 1 个数据所需要的等待延迟(DATLAT)。
（4）对于异步突发访问方式，FSMC 主要设置 3 个时间参数：地址建立时间(ADDSET)、数据建立时间(DATAST)和地址保持时间(ADDHLD)。
FSMC 综合了 SRAM／ROM、PSRAM 和 NOR Flash 产品的信号特点，定义了 4 种不同的异步时序模型。选用不同的时序模型时，需要设置不同的时序参数，如表所列：


在实际扩展时，根据选用存储器的特征确定时序模型，从而确定各时间参数与存储器读／写周期参数指标之间的计算关系；利用该计算关系和存储芯片数据手册中给定的参数指标，可计算出 FSMC 所需要的各时间参数，从而对时间参数寄存器进行合理的配置。
模式 A 支持独立的读写时序控制，这个对驱动 TFTLCD 来说非常有用，因为 TFTLCD在读的时候，一般比较慢，而在写的时候可以比较快，如果读写用一样的时序，那么只能以读的时序为基准，从而导致写的速度变慢，或者在读数据的时候，重新配置 FSMC 的延时，在读操作完成的时候，再配置回写的时序，这样虽然也不会降低写的速度，但是频繁配置，比较麻烦。而如果有独立的读写时序控制，那么我们只要初始化的时候配置好，之后就不用再配置，既可以满足速度要求，又不需要频繁改配置。
从模式 A 的读写时序图可以看出，读操作还存在额外的 2 个 HCLK 周期，用于数据存储，所以同样的配置读操作一般比写操作会慢一点。 ADDSET与 DATAST，是通过不同的寄存器设置的
7、Bank1 的几个控制寄存器
对于NOR FLASH/PSRAM控制器(存储块1)，通过FSMC_BCRx、FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx寄存器设置（其中x=1~4，对应4个区）。通过这3个寄存器，可以设置FSMC访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。
（1） SRAM/NOR闪存片选控制寄存器（FSMC_BCRx）

EXTMOD：扩展模式使能位，控制是否允许读写不同的时序，需设置为1
WREN：写使能位。要向TFTLCD写数据，该位必须设置为1
MWID[1:0]：存储器数据总线宽度。00，表示8位数据模式；01表示16位数据模式；10和11保留。TFTLCD是16位数据线，所以设置WMID[1:0]=01。
MTYP[1:0]：存储器类型。00表示SRAM、ROM；01表示PSRAM；10表示NOR FLASH;11保留。把LCD当成SRAM用，设置MTYP[1:0]=00。
MBKEN：存储块使能位。需设置为1
（2）SRAM/NOR闪存片选时序寄存器（FSMC_BTRx）

ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A；01:模式B；10:模式C；11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于: DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。对ILI9341来说，其实就是RD低电平持续时间，最大为355ns。对STM32F1，一个HCLK=13.8ns (1/72M)，设置为15；对STM32F4，一个HCLK=6ns(1/168M) ，设置为60。
ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET (+1)个HCLK周期，ADDSET最大为15。对ILI9341来说，这里相当于RD高电平持续时间，为90ns。STM32F1的FSMC性能存在问题，即便设置为0，RD也有190ns的高电平，设置为1。而对STM32F4，则设置为15。
注意：
如果未设置EXTMOD位，则读写共用这个时序寄存器！
（3）SRAM/NOR闪存写时序寄存器（FSMC_BWTRx）

ACCMOD[1:0]：访问模式。00:模式A；01:模式B；10:模式C；11:模式D。
DATAST[7:0]：数据保持时间，等于: DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。对ILI9341来说，其实就是WR低电平持续时间，为15ns，不过ILI9320等则需要50ns。考虑兼容性，对STM32F1，一个HCLK=13.8ns (1/72M)，设置为3；对STM32F4，一个HCLK=6ns(1/168M) ，设置为9。
ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示：ADDSET+1个HCLK周期，ADDSET最大为15。对ILI9341来说，这里相当于WR高电平持续时间，为15ns。同样考虑兼容ILI9320，对STM32F1，这里即便设置为1，WR也有100ns的高电平，我们这里设置为1。而对STM32F4，则设置为8。
8、寄存器组合说明
在ST官方库提供的的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合。规律如下：

FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：
BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1
BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2
BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3
BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4

FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]，他们的对应关系如下：
BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，
BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，
BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到。
9、为什么可以把 TFTLCD 当成 SRAM 设备用？
外部 SRAM 的控制一般有：地址线（如 A0~A18）、数据线（如 D0~D15）、写信号（WE）、读信号（OE）、片选信号（CS），如果 SRAM 支持字节控制，那么还有 UB/LB 信号。而 TFTLCD的信号包括：RS、D0~D15、WR、RD、CS、RST 和 BL 等，其中真正在操作 LCD 的时候需要用到的就只有：RS、D0~D15、WR、RD 和 CS。其操作时序和 SRAM的控制完全类似，唯一不同就是 TFTLCD 有 RS 信号，但是没有地址信号。
TFTLCD 通过 RS 信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解为一个地址信号，比如我们把 RS 接在 A0 上面，那么当 FSMC 控制器写地址 0 的时候，会使得 A0 变为 0，对 TFTLCD 来说，就是写命令。而 FSMC 写地址 1 的时候，A0 将会变为 1，对 TFTLCD 来说，就是写数据了。这样，就把数据和命令区分开了，他们其实就是对应 SRAM 操作的两个连续地址。
10、FSMC 相关的库函数：
（1）FSMC 初始化函数
固件库提供了 3 个 FSMC 初始化函数分别为

FSMC_NORSRAMInit()；
FSMC_NANDInit()；
FSMC_PCCARDInit()；

这三个函数分别用来初始化 4 种类型存储器，用来初始化NOR 和 SRAM 使用同一个函数 FSMC_NORSRAMInit()。
函数定义：

void FSMC_NORSRAMInit(FSMC_NORSRAMInitTypeDef* FSMC_NORSRAMInitStruct)；

这个函数只有一个入口参数，也就是 FSMC_NORSRAMInitTypeDef 类型指针变量

typedef struct
{
 uint32_t FSMC_Bank; 
 uint32_t FSMC_DataAddressMux; 
 uint32_t FSMC_MemoryType; 
 uint32_t FSMC_MemoryDataWidth;
 uint32_t FSMC_BurstAccessMode; 
 uint32_t FSMC_AsynchronousWait; 
 uint32_t FSMC_WaitSignalPolarity; 
 uint32_t FSMC_WrapMode; 
 uint32_t FSMC_WaitSignalActive; 
 uint32_t FSMC_WriteOperation; 
 uint32_t FSMC_WaitSignal; 
 uint32_t FSMC_ExtendedMode; 
 uint32_t FSMC_WriteBurst; 
 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef* FSMC_ReadWriteTimingStruct; 
 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef* FSMC_WriteTimingStruct;
 }FSMC_NORSRAMInitTypeDef;

从这个结构体我们可以看出，前面有 13 个基本类型（unit32_t）的成员变量，这 13 个参数是用来配置片选控制寄存器 FSMC_BCRx。最后面还有两个SMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 指针类型的成员变量。FSMC 有读时序和写时序之分，所以这里就是用来设置读时序和写时序的参数了， 也就是说，这两个参数是用来配置寄存器 FSMC_BTRx 和FSMC_BWTRx，
模式 A下的相关配置参数：
参数 FSMC_Bank 用来设置使用到的存储块标号和区号，前面讲过，我们是使用的存储块 1 区 号 4，所以选择值为 FSMC_Bank1_NORSRAM4。
参数 FSMC_MemoryType 用来设置存储器类型，我们这里是 SRAM，所以选择值为
FSMC_MemoryType_SRAM。
参数 FSMC_MemoryDataWidth 用来设置数据宽度，可选 8 位还是 16 位，这里我们是 16 位数据
宽度，所以选择值为 FSMC_MemoryDataWidth_16b。
参数 FSMC_WriteOperation 用来设置写使能，毫无疑问，我们前面讲解过我们要向 TFT 写数据，
所以要写使能，这里我们选择 FSMC_WriteOperation_Enable。
参数 FSMC_ExtendedMode 是设置扩展模式使能位，也就是是否允许读写不同的时序，这里我
们采取的读写不同时序，所以设置值为 FSMC_ExtendedMode_Enable。
上面的这些参数是与模式 A 相关的，下面我们也来稍微了解一下其他几个参数的意义吧：
参数 FSMC_DataAddressMux 用来设置地址/数据复用使能，若设置为使能，那么地址的低 16
位和数据将共用数据总线，仅对 NOR 和 PSRAM 有效，所以我们设置为默认值不复用，值
FSMC_DataAddressMux_Disable。
参 数 FSMC_BurstAccessMode ， FSMC_AsynchronousWait ， FSMC_WaitSignalPolarity ，
FSMC_WaitSignalActive ， FSMC_WrapMode ， FSMC_WaitSignal FSMC_WriteBurst 和
FSMC_WaitSignal 这些参数在成组模式同步模式才需要设置，大家可以参考中文参考手册了解
相关参数的意思。
接下来 我 们 看 看 设 置 读 写 时 序 参 数 的 两 个 变 量 FSMC_ReadWriteTimingStruct 和FSMC_WriteTimingStruct，他们都是 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 结构体指针类型，这两个参数在初始化的时候分别用来初始化片选控制寄存器 FSMC_BTRx 和写操作时序控制寄存器 FSMC_BWTRx。
下面我们看看 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 类型的定义：

typedef struct
{
 uint32_t FSMC_AddressSetupTime; 
 uint32_t FSMC_AddressHoldTime; 
 uint32_t FSMC_DataSetupTime; 
 uint32_t FSMC_BusTurnAroundDuration; 
 uint32_t FSMC_CLKDivision; 
 uint32_t FSMC_DataLatency; 
 uint32_t FSMC_AccessMode; 
}FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef;

这个结构体有 7 个参数用来设置 FSMC 读写时序。其实这些参数的意思我们前面在讲解 FSMC的时序的时候有提到，主要是设计地址建立保持时间，数据建立时间等等配置，对于我们的实验中，读写时序不一样，读写速度要求不一样，所以对于参数 FSMC_DataSetupTime 设置了不同的值，大家可以对照理解一下。记住，这些参数的意义在前面讲解 FSMC_BTRx 和FSMC_BWTRx 寄存器的时候都有提到
（2）FSMC 使能函数
FSMC 对不同的存储器类型同样提供了不同的使能函数：

void FSMC_NORSRAMCmd(uint32_t FSMC_Bank, FunctionalState NewState);
void FSMC_NANDCmd(uint32_t FSMC_Bank, FunctionalState NewState);
void FSMC_PCCARDCmd(FunctionalState NewState);

SRAM使用的第一个函数