STM32与FPGA通信中FSMC操作实例
stm32是st(意法半导体)公司推出的基于arm内核cortex－m3的32位微控制器系列。cortex－m3内核是为低功耗和价格敏感的应用而专门设计的，具有突出的能效比和处理速度。通过采用thumb－2高密度指令集，cortex－m3内核降低了系统存储要求，同时快速的中断处理能够满足控制领域的高实时性要求，使基于该内核设计的stm32系列微控制器能够以更优越的性价比，面向更广泛的应用领域。
stm32系列微控制器为用户提供了丰富的选择，可适用于工业控制、智能家电、建筑安防、医疗设备以及消费类电子产品等多方位嵌入式系统设计。stm32系列采用一种新型的存储器扩展技术——fsmc，在外部存储器扩展方面具有独特的优势，可根据系统的应用需要，方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展。
part 2 fmsc 内部结构
2.1
fsmc技术优势
①支持多种静态存储器类型。stm32通过fsmc可以与sram、rom、psram、norflash和nandflash存储器的引脚直接相连。
②支持丰富的存储操作方法。fsmc不仅支持多种数据宽度的异步读／写操作，而且支持对nor／psram／nand存储器的同步突发访问方式。
③支持同时扩展多种存储器。fsmc的映射地址空间中，不同的bank是独立的，可用于扩展不同类型的存储器。当系统中扩展和使用多个外部存储器时，fsmc会通过总线悬空延迟时间参数的设置，防止各存储器对总线的访问冲突。
④支持更为广泛的存储器型号。通过对fsmc的时间参数设置，扩大了系统中可用存储器的速度范围，为用户提供了灵活的存储芯片选择空间。
⑤支持代码从fsmc扩展的外部存储器中直接运行，而不需要首先调入内部sram。
2.2
fsmc 内部结构
stm32微控制器之所以能够支持norflash和nandflash这两类访问方式完全不同的存储器扩展，是因为fsmc内部实际包括norflash和nand／pccard两个控制器，分别支持两种截然不同的存储器访问方式。在stm32内部，fsmc的一端通过内部高速总线ahb连接到内核cortex－m3，另一端则是面向扩展存储器的外部总线。
内核对外部存储器的访问信号发送到ahb总线后，经过fsmc转换为符合外部存储器通信规约的信号，送到外部存储器的相应引脚，实现内核与外部存储器之间的数据交互。fsmc起到桥梁作用，既能够进行信号类型的转换，又能够进行信号宽度和时序的调整，屏蔽掉不同存储类型的差异，使之对内核而言没有区别。
2.3
fsmc映射地址空间
fsmc管理1gb的映射地址空间。该空间划分为4个大小为256mb的bank，每个bank又划分为4个64mb的子bank，如表1所列。fsmc中的2个控制器管理的映射地址空间不同。norflash控制器管理第1个bank，nand／pccard控制器管理第2～4个bank。
由于两个控制器管理的存储器类型不同，扩展时应根据选用的存储设备类型确定其映射位置。其中，bank1的4个子bank拥有独立的片选线和控制寄存器，可分别扩展一个独立的存储设备，而bank2～bank4只有一组控制寄存器。
part 3 fsmc扩展外部sram配置
3.1
fsmc扩展外部sram配置
在stm32与fpga进行通信的时候，fpga其实可以看做stm32外部的sram。因此相应的配置可以参考对外部sram的配置。
sram／rom、norflash和psram类型的外部存储器都是由fsmc的norflash控制器管理的，扩展方法基本相同，其中norflash最为复杂。通过fsmc扩展外部存储器时，除了传统存储器扩展所需要的硬件电路外，还需要进行fsmc初始化配置。
fsmc提供大量、细致的可编程参数，以便能够灵活地进行各种不同类型、不同速度的存储器扩展。外部存储器能否正常工作的关键在于：用户能否根据选用的存储器型号，对配置寄存器进行合理的初始化配置。
3.2
读写时序控制
异步通信模式1：sram/cram
3.3
配置存储器基本特征
通过对fsmc特殊功能寄存器fsmc_bcri(i为子bank号，i=1，…，4)中对应控制位的设置，fsmc根据不同存储器特征可灵活地进行工作方式和信号的调整。根据选用的存储器芯片确定需要配置的存储器特征，主要包括以下方面：
①存储器类型(mtype)是sram／rom、psram，还是norflash；
②存储芯片的地址和数据引脚是否复用(muxen)，fsmc可以直接与ad0～ad15复用的存储器相连，不需要增加外部器件；
③存储芯片的数据线宽度(mwid)，fsmc支持8位／16位两种外部数据总线宽度；
④对于norflash(psram)，是否采用同步突发访问方式(bursten)；
⑤对于norflash(psram)，nwait信号的特性说明(waiten、waitcfg、waitpol)；
⑥对于该存储芯片的读／写操作，是否采用相同的时序参数来确定时序关系(extmod)。
3.4
配置存储器时序参数
fsmc通过使用可编程的存储器时序参数寄存器，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。fsmc的sram控制器支持同步和异步突发两种访问方式。
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：
①hclk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)。
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norflash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2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。
part 4 stm32扩展外部sram实例
4.1
难点解析
4.1.1 数据传输自动化
第一个角度理解stm32有fsmc（其实其他芯片基本都有类似的总线功能），fsmc的好处就是你一旦设置好之后，wr(写)、rd(读)、db0-db15这些控制线和数据线，都是fsmc自动控制的。打个比方，当你在程序中写到：
*(volatileunsignedshortint*)(0x60000000)=val;
那么fsmc就会自动执行一个写的操作，其对应的主控芯片的we、rd这些脚，就会呈现出写的时序出来（即we=0,rd=1），数据val的值也会通过
db0-15自动呈现出来(即fsmc-d0:fsmc-d15=val)。地址0x60000000会被呈现在数据线上（即a0-a25=0，地址线的对应最麻烦，要根据具体情况来。
4.1.2 硬件连接
硬件平台：（stm32f103vc+ep3c5e144c8n）
将图中的is61wv512bll改为fpga对应的接口即,可按照模式a-sram/psram进行连接。
那么在硬件上面，我们需要做的，仅仅是mcu和lcd控制芯片的连接关系：
we-wr，均为低电平有效
rd-rd，均为低电平有效
fsmc-d0-15接lcddb0-15
fsmc_ne1--cs接pd7
连接好之后，读写时序都会被fsmc自动完成。但是还有一个很关键的问题，就是rs没有接因为在fsmc里面，根本就没有对应rs。怎么办呢？这个时候，有一个好方法，就是用某一根地址线来接rs。
比如我们选择了a16这根地址线来接，那么当我们要写寄存器（备注：此处应为数据）的时候，我们需要rs，也就是a16(rs为高)置高。软件中怎么做呢？也就是将fsmc要写的地址改成0x60010000，如下：
*(volatileunsignedshortint*)(0x60010000)=val;
这个时候，a16在执行其他fsmc的同时会被拉高，因为a0-a18要呈现出0x60010000。0x60010000里面的bit17=1，就会导致a16为1。要读数据（备注：此处为寄存器）时，地址由0x60010000改为了0x60000000，这个时候a16就为0了。
rs问题：rs为0表示；读写寄存器;rs为1，读写数据ram；
4.2
stm32固件对fsmc进行初始化配置
st公司为用户开发提供了完整、高效的工具和固件库，其中使用c语言编写的固件库提供了覆盖所有标准外设的函数，使用户无需使用汇编操作外设特性，从而提高了程序的可读性和易维护性。
stm32固件库中提供的fsmc的sram控制器操作固件，主要包括1个数据结构和3个函数。
fsmc_norsraminitstructure（调用库函数）
rcc_configuration();（时钟选择）
nvic_configuration();（中断优先级）
fsmc_gpio_configuration();（连接io口初始化）
fsmc_sram_init();（fmsc配置）
usart_initial();（uart1端口配置）
4.3
其他人调试遇到问题点（摘录）
项目中需要使用stm32和fpga通信，使用的是地址线和数据线，在fpga中根据stm32的读写模式a的时序完成写入和读取。之前的pcb设计中只使用了8跟数据线和8根地址线，调试过程中没有发现什么问题，在现在的pcb中使用了8根地址线和16根数据线，数据宽度也改成了16位。
刚开始是读取数据不正确，后来发现了问题，stm32在16位数据宽度下有个内外地址映射的问题，只需要把fpga中的设定的地址乘以2在stm32中访问就可以了，但是在写操作的时候会出现写当前地址的时候把后面的地址写成0的情况，比如说我给fpga中定义的偏移地址0x01写一个16位数据，按照地址映射，在stm32中我把地址写入0x02,。实际测试发现这个地址上的数据是对的，但是fpga中0x02地址上的数据也变成了00。
块1存储区被划分为4个nor/psram区，这四个区在内部地址上是连续排列的。但是实际上每个区共用的是同一组地址线与数据线，因此需要有内外的一个地址映射，因此在stm32中实际上有两个地址，一个是在内部访问的地址，另外一个是实际地址线输出的地址。
haddr[27:0]对应的是需要转换到外部存储器的内部ahb地址线，其haddr[27:26]位用于选择四个存储块之一。haddr[25:0]包含外部存储器地址。haddr是字节地址，而不同的外部存储器数据长度也不一样，因此在数据宽度为8位和16位时映射关系也不一样。
在数据宽度为8位时haddr[25:0]与fsmc_a[25:0]对应相连，这时候在stm32中访问的地址和实际地址线产生的地址是一致的。而在16位数据宽度时haddr[25:1]与fsmc_a[24:0]对应相连，haddr[0]未接，这时候实际地址线上给出的地址为需要访问的偏移地址的一半。
经过测试，发现写数据时实际上是进行了多次写入，导致把后面的地址也给写上了，最终导致数据混乱，后来经过学长提醒，决定把访问的地址定义为16位的，原来是32位的，经过测试问题解决。
所以这儿也算是长了经验，因为我只用了8根地址线，为了避免可能的问题，地址最好定义成对应的位数。但是还是很纳闷为什么之前八位数据线读写的时候没有这个问题。
part 5 结语
stm32作为新一代armcortex-m3核处理器，其卓越的性能和功耗控制能够适用于广泛的应用领域；而其特殊的可变静态存储技术fsmc具有高度的灵活性，对于存储容量要求较高的嵌入式系统设计，能够在不增加外部分立器件的情况下，扩展多种不同类型和容量的存储芯片，降低了系统设计的复杂性，提高了系统的可靠性。
原文标题：fsmc | stm32与fpga通信
文章出处：【微信公众号：fpga技术江湖】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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2.1
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①支持多种静态存储器类型。stm32通过fsmc可以与sram、rom、psram、norflash和nandflash存储器的引脚直接相连。
②支持丰富的存储操作方法。fsmc不仅支持多种数据宽度的异步读／写操作，而且支持对nor／psram／nand存储器的同步突发访问方式。
③支持同时扩展多种存储器。fsmc的映射地址空间中，不同的bank是独立的，可用于扩展不同类型的存储器。当系统中扩展和使用多个外部存储器时，fsmc会通过总线悬空延迟时间参数的设置，防止各存储器对总线的访问冲突。
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⑤支持代码从fsmc扩展的外部存储器中直接运行，而不需要首先调入内部sram。
2.2
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2.3
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由于两个控制器管理的存储器类型不同，扩展时应根据选用的存储设备类型确定其映射位置。其中，bank1的4个子bank拥有独立的片选线和控制寄存器，可分别扩展一个独立的存储设备，而bank2～bank4只有一组控制寄存器。
part 3 fsmc扩展外部sram配置
3.1
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sram／rom、norflash和psram类型的外部存储器都是由fsmc的norflash控制器管理的，扩展方法基本相同，其中norflash最为复杂。通过fsmc扩展外部存储器时，除了传统存储器扩展所需要的硬件电路外，还需要进行fsmc初始化配置。
fsmc提供大量、细致的可编程参数，以便能够灵活地进行各种不同类型、不同速度的存储器扩展。外部存储器能否正常工作的关键在于：用户能否根据选用的存储器型号，对配置寄存器进行合理的初始化配置。
3.2
读写时序控制
异步通信模式1：sram/cram
3.3
配置存储器基本特征
通过对fsmc特殊功能寄存器fsmc_bcri(i为子bank号，i=1，…，4)中对应控制位的设置，fsmc根据不同存储器特征可灵活地进行工作方式和信号的调整。根据选用的存储器芯片确定需要配置的存储器特征，主要包括以下方面：
①存储器类型(mtype)是sram／rom、psram，还是norflash；
②存储芯片的地址和数据引脚是否复用(muxen)，fsmc可以直接与ad0～ad15复用的存储器相连，不需要增加外部器件；
③存储芯片的数据线宽度(mwid)，fsmc支持8位／16位两种外部数据总线宽度；
④对于norflash(psram)，是否采用同步突发访问方式(bursten)；
⑤对于norflash(psram)，nwait信号的特性说明(waiten、waitcfg、waitpol)；
⑥对于该存储芯片的读／写操作，是否采用相同的时序参数来确定时序关系(extmod)。
3.4
配置存储器时序参数
fsmc通过使用可编程的存储器时序参数寄存器，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。fsmc的sram控制器支持同步和异步突发两种访问方式。
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：
①hclk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)。
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norflash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2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。
part 4 stm32扩展外部sram实例
4.1
难点解析
4.1.1 数据传输自动化
第一个角度理解stm32有fsmc（其实其他芯片基本都有类似的总线功能），fsmc的好处就是你一旦设置好之后，wr(写)、rd(读)、db0-db15这些控制线和数据线，都是fsmc自动控制的。打个比方，当你在程序中写到：
*(volatileunsignedshortint*)(0x60000000)=val;
那么fsmc就会自动执行一个写的操作，其对应的主控芯片的we、rd这些脚，就会呈现出写的时序出来（即we=0,rd=1），数据val的值也会通过
db0-15自动呈现出来(即fsmc-d0:fsmc-d15=val)。地址0x60000000会被呈现在数据线上（即a0-a25=0，地址线的对应最麻烦，要根据具体情况来。
4.1.2 硬件连接
硬件平台：（stm32f103vc+ep3c5e144c8n）
将图中的is61wv512bll改为fpga对应的接口即,可按照模式a-sram/psram进行连接。
那么在硬件上面，我们需要做的，仅仅是mcu和lcd控制芯片的连接关系：
we-wr，均为低电平有效
rd-rd，均为低电平有效
fsmc-d0-15接lcddb0-15
fsmc_ne1--cs接pd7
连接好之后，读写时序都会被fsmc自动完成。但是还有一个很关键的问题，就是rs没有接因为在fsmc里面，根本就没有对应rs。怎么办呢？这个时候，有一个好方法，就是用某一根地址线来接rs。
比如我们选择了a16这根地址线来接，那么当我们要写寄存器（备注：此处应为数据）的时候，我们需要rs，也就是a16(rs为高)置高。软件中怎么做呢？也就是将fsmc要写的地址改成0x60010000，如下：
*(volatileunsignedshortint*)(0x60010000)=val;
这个时候，a16在执行其他fsmc的同时会被拉高，因为a0-a18要呈现出0x60010000。0x60010000里面的bit17=1，就会导致a16为1。要读数据（备注：此处为寄存器）时，地址由0x60010000改为了0x60000000，这个时候a16就为0了。
rs问题：rs为0表示；读写寄存器;rs为1，读写数据ram；
4.2
stm32固件对fsmc进行初始化配置
st公司为用户开发提供了完整、高效的工具和固件库，其中使用c语言编写的固件库提供了覆盖所有标准外设的函数，使用户无需使用汇编操作外设特性，从而提高了程序的可读性和易维护性。
stm32固件库中提供的fsmc的sram控制器操作固件，主要包括1个数据结构和3个函数。
fsmc_norsraminitstructure（调用库函数）
rcc_configuration();（时钟选择）
nvic_configuration();（中断优先级）
fsmc_gpio_configuration();（连接io口初始化）
fsmc_sram_init();（fmsc配置）
usart_initial();（uart1端口配置）
4.3
其他人调试遇到问题点（摘录）
项目中需要使用stm32和fpga通信，使用的是地址线和数据线，在fpga中根据stm32的读写模式a的时序完成写入和读取。之前的pcb设计中只使用了8跟数据线和8根地址线，调试过程中没有发现什么问题，在现在的pcb中使用了8根地址线和16根数据线，数据宽度也改成了16位。
刚开始是读取数据不正确，后来发现了问题，stm32在16位数据宽度下有个内外地址映射的问题，只需要把fpga中的设定的地址乘以2在stm32中访问就可以了，但是在写操作的时候会出现写当前地址的时候把后面的地址写成0的情况，比如说我给fpga中定义的偏移地址0x01写一个16位数据，按照地址映射，在stm32中我把地址写入0x02,。实际测试发现这个地址上的数据是对的，但是fpga中0x02地址上的数据也变成了00。
块1存储区被划分为4个nor/psram区，这四个区在内部地址上是连续排列的。但是实际上每个区共用的是同一组地址线与数据线，因此需要有内外的一个地址映射，因此在stm32中实际上有两个地址，一个是在内部访问的地址，另外一个是实际地址线输出的地址。
haddr[27:0]对应的是需要转换到外部存储器的内部ahb地址线，其haddr[27:26]位用于选择四个存储块之一。haddr[25:0]包含外部存储器地址。haddr是字节地址，而不同的外部存储器数据长度也不一样，因此在数据宽度为8位和16位时映射关系也不一样。
在数据宽度为8位时haddr[25:0]与fsmc_a[25:0]对应相连，这时候在stm32中访问的地址和实际地址线产生的地址是一致的。而在16位数据宽度时haddr[25:1]与fsmc_a[24:0]对应相连，haddr[0]未接，这时候实际地址线上给出的地址为需要访问的偏移地址的一半。
经过测试，发现写数据时实际上是进行了多次写入，导致把后面的地址也给写上了，最终导致数据混乱，后来经过学长提醒，决定把访问的地址定义为16位的，原来是32位的，经过测试问题解决。
所以这儿也算是长了经验，因为我只用了8根地址线，为了避免可能的问题，地址最好定义成对应的位数。但是还是很纳闷为什么之前八位数据线读写的时候没有这个问题。
part 5 结语
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原文标题：fsmc | stm32与fpga通信
文章出处：【微信公众号：fpga技术江湖】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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UART串口通讯协议的实现
未来的配电网可能出现的新技术
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