本課講為大家講解CKS32F4xx系列產品的FSMC應用實例，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擴展靜態(tài)內存，靈活則是因為支持PC卡/CF卡、SRAM、PSRAM、NOR Flash和NAND Flash等幾種模式，本應用實例主要是幫助讀者們學習驅動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，內核并不好操作，于是就誕生了FSMC外設，有了這個外設我們就無須自己寫復雜的硬件時序，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，其結構框圖如圖1所示。

圖1FSMC框圖

從框圖可以了解到，F(xiàn)SMC外設包含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）內核通過AHB總線發(fā)送總線事務請求，AHB時鐘（HCLK）是FSMC的參考時鐘。

（2）配置寄存器按配置形成擴展外設的通信協(xié)議，驅動相應的存儲器控制器，進而控制外設。

（3）兩大控制器用于生成適當?shù)臅r序，如NOR Flash/PSRAM控制器用于驅動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卡控制器用于驅動8位或16位的NAND Flash以及16位的PC卡兼容設備。

（4）不同外設共用一組地址數(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展外設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，并標識數(shù)據(jù)有效時間以同步數(shù)據(jù)。FSMC每次訪問外設時，都會切換片選信號，如NOR Flash的NE信號，NAND Flash和PC卡的NCE信號，其余外設接口信號根據(jù)具體外設驅動方式分配。

FSMC設備地址映射

FSMC的外部設備地址映射劃分在0x60000000~0x9FFFFFFF這一段存儲空間內，我們可以直接以讀寫內存的形式訪問存儲設備，類似訪問片上外設寄存器一樣方便，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則用于擴展PC卡兼容設備。本文主要探討NAND Flash驅動，因此主要討論塊2、塊3的相關配置。

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

支持設備和接口

表3列出了FSMC支持的NAND設備、訪問模式和總線事務，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?，F(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，異步傳輸時不能進行寫的操作，只能進行讀操作，如表3灰色部分所示。

表3支持的存儲器和事務

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，進而配置并使能相應的存儲區(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，可設置預等待功能，當寫入地址結束時，控制器會等待存儲器準備好，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，注意當使能等待特性后，需配置相應等待時間，如使用讀芯片忙腳作為反饋時，可關閉等待特性。

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)內使能。

位3 PTYP：存儲器類型=1時為NAND Flash，設置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，當進行寫操作時，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，可自行對應參考。

驅動NANDFlash示例

FSMC代碼示例

（1）FSMC初始化配置：A.首先開啟GPIO、FSMC、AFIO復用等三個時鐘，按外接引腳配置除PD6以外所有引腳復用推挽輸出，PD6忙腳作為上拉輸入，然后所有腳開啟FSMC復用功能。B.FSMC寄存器配置，使用外接忙腳作為應答，因此關掉等待特性，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位。

（2）進行讀取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)最后返回讀取當前狀態(tài)的值，會持續(xù)等待設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。當寫入頁數(shù)量不為0、地址狀態(tài)有效且狀態(tài)已準備好時，進入循環(huán)，發(fā)送寫入一次命令80H，寫入列地址表示頁內偏移，無偏移所以為0x00，寫入行地址為當前塊地址，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