FSMC的配置和应用

一、FSMC 简介与工作原理

FSMC（Flexible Static Memory Controller）是 STM32 微控制器中用于与外部静态存储器（如 SRAM、PSRAM、NOR Flash、LCD 等）进行通信的一个外设模块。

1、支持的设备类型：

SRAM / PSRAM
NOR Flash
NAND Flash
PC 卡
扩展 I/O 接口设备（如 TFT-LCD 控制器）

2、工作原理：

FSMC 通过地址线、数据线和控制信号（如 nWE、nOE、nCS、ALE、CLE 等）对外扩展静态设备。其本质是将外设的访问映射到 MCU 的外部存储地址空间，实现类似访问内存的方式来读写外设。

二、典型应用场景

应用方向	说明
外接SRAM	作为内存扩展
外接LCD模块	接带并口的TFT-LCD模块（例如8080协议）
外接Flash	用于代码/数据的扩展存储
FPGA通信	FSMC也常用于与FPGA的数据交互

三、开发步骤（基于 HAL 库）

1、引脚配置

FSMC 依赖 GPIO，需要设置对应的引脚模式为 AF（Alternate Function）。常见管脚如：

数据线 D0~D15
地址线 A0~Axx
控制线 NE1~NE4、NOE、NWE、NADV

2、时钟使能

cpp 复制代码

__HAL_RCC_FSMC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
// 其他GPIO时钟

3、 FSMC 初始化结构体配置

使用 FMC_NORSRAM_TimingTypeDef 和 SRAM_HandleTypeDef。

cpp 复制代码

SRAM_HandleTypeDef hsram;
FMC_NORSRAM_TimingTypeDef Timing = {0};

hsram.Instance = FSMC_NORSRAM_DEVICE;
hsram.Extended = FSMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;

hsram.Init.NSBank = FSMC_NORSRAM_BANK1;
hsram.Init.DataAddressMux = FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE;
hsram.Init.MemoryType = FSMC_MEMORY_TYPE_SRAM;
hsram.Init.MemoryDataWidth = FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;
hsram.Init.BurstAccessMode = FSMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;
hsram.Init.WaitSignalPolarity = FSMC_WAIT_SIGNAL_POLARITY_LOW;
hsram.Init.WrapMode = FSMC_WRAP_MODE_DISABLE;
hsram.Init.WaitSignalActive = FSMC_WAIT_TIMING_BEFORE_WS;
hsram.Init.WriteOperation = FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE;
hsram.Init.WaitSignal = FSMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;
hsram.Init.ExtendedMode = FSMC_EXTENDED_MODE_DISABLE;
hsram.Init.AsynchronousWait = FSMC_ASYNCHRONOUS_WAIT_DISABLE;
hsram.Init.WriteBurst = FSMC_WRITE_BURST_DISABLE;

Timing.AddressSetupTime = 2;
Timing.AddressHoldTime = 1;
Timing.DataSetupTime = 5;
Timing.BusTurnAroundDuration = 0;
Timing.CLKDivision = 2;
Timing.DataLatency = 2;
Timing.AccessMode = FSMC_ACCESS_MODE_A;

if (HAL_SRAM_Init(&hsram, &Timing, NULL) != HAL_OK)
{
    Error_Handler();
}

4、FSMC 地址映射

根据 FSMC 的 BANK地址映射，其起始地址为固定值，例如：

BANK	地址起始	控制引脚
BANK1	0x60000000	NE1
BANK2	0x64000000	NE2
BANK3	0x68000000	NE3
BANK4	0x6C000000	NE4

你可以通过访问 *(volatile uint16_t*)0x60000000 来读写连接的外设。

5、代码示例（操作LCD模块）

cpp 复制代码

#define LCD_BASE_ADDR ((uint32_t)(0x60000000)) // NE1 映射

static void LCD_WriteReg(uint16_t reg)
{
    *(volatile uint16_t*)(LCD_BASE_ADDR) = reg;
}

static void LCD_WriteData(uint16_t data)
{
    *(volatile uint16_t*)(LCD_BASE_ADDR | (1 << 16)) = data; // A16=1 表示数据
}

void LCD_Init(void)
{
    LCD_WriteReg(0x0001); // 假设这是LCD的初始化寄存器
    LCD_WriteData(0x1234);
}

四、示例

下面是一个基于 STM32 + FSMC + DMA 访问外部 SRAM（以 IS61LV25616 为例）的完整示例。此例程使用 HAL 库实现了对外部 SRAM 的初始化、DMA 读写操作。

1、示例目标

通过 FSMC 接口扩展外部 SRAM
使用 DMA 进行高效数据传输（写入和读取）
SRAM 芯片示例：IS61LV25616，256K x 16bit = 512KB

2、硬件前提（假设如下）：

信号	接口说明
数据线	PD14PD15 + PE7PE15（D0~D15）
地址线	地址线 A0~A17
控制信号	`NOE`, `NWE`, `NE1`
总线宽度	16-bit
SRAM映射地址	0x60000000（BANK1）

3、工程结构

main.c: 主函数
sram.c/h: FSMC+DMA 初始化 & 操作函数
使用 STM32CubeMX 自动生成 HAL 框架，添加 SRAM 相关内容

Step 1: 配置 STM32CubeMX

开启 FSMC 外设（有些型号叫 FMC）
配置为：
- SRAM
- Bank1
- 数据总线宽度：16bit
- 地址/数据复用：关闭
- 写操作：启用
开启 DMA 通道（如 DMA2_Stream0，MemoryToMemory，优先级 High）
启用对应的 GPIO（PD, PE, PF）

生成代码后在 sram.c/h 中编写以下逻辑。

cpp 复制代码

#ifndef __SRAM_H
#define __SRAM_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define SRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0x60000000) // Bank1 -> NE1
#define SRAM_SIZE      (512 * 1024)           // 512KB SRAM

extern SRAM_HandleTypeDef hsram1;

void SRAM_Init(void);
HAL_StatusTypeDef SRAM_DMA_Write(uint32_t offset, uint8_t *src, uint32_t size);
HAL_StatusTypeDef SRAM_DMA_Read(uint32_t offset, uint8_t *dst, uint32_t size);

#endif

sram.c代码

cpp 复制代码

#include "sram.h"

SRAM_HandleTypeDef hsram1;
DMA_HandleTypeDef hdma_memtomem;

// 初始化 FSMC SRAM + DMA
void SRAM_Init(void)
{
    FMC_NORSRAM_TimingTypeDef Timing = {0};

    /*** FSMC Configuration ***/
    hsram1.Instance = FMC_NORSRAM_DEVICE;
    hsram1.Extended = FMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;
    hsram1.Init.NSBank = FMC_NORSRAM_BANK1;
    hsram1.Init.DataAddressMux = FMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE;
    hsram1.Init.MemoryType = FMC_MEMORY_TYPE_SRAM;
    hsram1.Init.MemoryDataWidth = FMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;
    hsram1.Init.BurstAccessMode = FMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;
    hsram1.Init.WaitSignalPolarity = FMC_WAIT_SIGNAL_POLARITY_LOW;
    hsram1.Init.WrapMode = FMC_WRAP_MODE_DISABLE;
    hsram1.Init.WaitSignalActive = FMC_WAIT_TIMING_BEFORE_WS;
    hsram1.Init.WriteOperation = FMC_WRITE_OPERATION_ENABLE;
    hsram1.Init.WaitSignal = FMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;
    hsram1.Init.ExtendedMode = FMC_EXTENDED_MODE_DISABLE;
    hsram1.Init.AsynchronousWait = FMC_ASYNCHRONOUS_WAIT_DISABLE;
    hsram1.Init.WriteBurst = FMC_WRITE_BURST_DISABLE;

    Timing.AddressSetupTime = 2;
    Timing.AddressHoldTime = 1;
    Timing.DataSetupTime = 5;
    Timing.BusTurnAroundDuration = 1;
    Timing.CLKDivision = 2;
    Timing.DataLatency = 2;
    Timing.AccessMode = FMC_ACCESS_MODE_A;

    if (HAL_SRAM_Init(&hsram1, &Timing, NULL) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /*** DMA Configuration ***/
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

    hdma_memtomem.Instance = DMA2_Stream0;
    hdma_memtomem.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;
    hdma_memtomem.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_MEMORY;
    hdma_memtomem.Init.PeriphInc = DMA_PINC_ENABLE;
    hdma_memtomem.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_memtomem.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    hdma_memtomem.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    hdma_memtomem.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    hdma_memtomem.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    hdma_memtomem.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;

    if (HAL_DMA_Init(&hdma_memtomem) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    __HAL_LINKDMA(&hsram1, hdma, hdma_memtomem);
}

// 使用 DMA 写入外部 SRAM
HAL_StatusTypeDef SRAM_DMA_Write(uint32_t offset, uint8_t *src, uint32_t size)
{
    if ((offset + size) > SRAM_SIZE) return HAL_ERROR;
    uint8_t *dest = (uint8_t *)(SRAM_BANK_ADDR + offset);
    return HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem, (uint32_t)src, (uint32_t)dest, size);
}

// 使用 DMA 从外部 SRAM 读取
HAL_StatusTypeDef SRAM_DMA_Read(uint32_t offset, uint8_t *dst, uint32_t size)
{
    if ((offset + size) > SRAM_SIZE) return HAL_ERROR;
    uint8_t *src = (uint8_t *)(SRAM_BANK_ADDR + offset);
    return HAL_DMA_Start(&hdma_memtomem, (uint32_t)src, (uint32_t)dst, size);
}

main.c代码

cpp 复制代码

#include "main.h"
#include "sram.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>

uint8_t txBuffer[64];
uint8_t rxBuffer[64];

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    SRAM_Init();

    // 初始化数据
    for (int i = 0; i < 64; i++) {
        txBuffer[i] = i;
    }

    // 写入SRAM
    if (SRAM_DMA_Write(0x0000, txBuffer, sizeof(txBuffer)) != HAL_OK) {
        printf("SRAM DMA Write Failed!\n");
    }
    HAL_Delay(10);

    // 读取SRAM
    if (SRAM_DMA_Read(0x0000, rxBuffer, sizeof(rxBuffer)) != HAL_OK) {
        printf("SRAM DMA Read Failed!\n");
    }
    HAL_Delay(10);

    // 校验
    if (memcmp(txBuffer, rxBuffer, sizeof(txBuffer)) == 0) {
        printf("SRAM Read/Write OK.\n");
    } else {
        printf("SRAM Data Mismatch!\n");
    }

    while (1);
}

五、开发注意事项

项目	内容
地址线对齐	LCD常用 A16 作为数据命令选择信号
时序调整	DataSetupTime、AddressSetupTime 需根据实际器件手册配置
数据总线宽度	若使用 8 位数据总线，需调整 `FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_8`
DMA 支持	FSMC 支持 DMA 访问，加快数据刷新效率
多设备冲突	使用多个BANK时注意各设备地址映射不可重叠

六、调试与排查问题技巧

1. 总线不响应

检查 GPIO 是否配置为复用模式
检查 FSMC 时钟是否开启

2. 数据错误或乱码

检查数据总线宽度是否正确（8/16 位）
检查读写时序设置（尤其是 DataSetupTime）
检查地址线是否配置正确（A16 通常用于寄存器/数据切换）

3. 无法访问外设

使用示波器抓取 NE, NOE, NWE，是否跳变
使用 volatile 强制访问，避免优化器优化掉访问行为

FSMC的配置和应用

一、FSMC 简介与工作原理

1、支持的设备类型：

2、 工作原理：

二、典型应用场景

三、开发步骤（基于 HAL 库）

1、引脚配置

3、 FSMC 初始化结构体配置

4、FSMC 地址映射

四、示例

五、开发注意事项

六、调试与排查问题技巧

1. 总线不响应

2. 数据错误或乱码

3. 无法访问外设

2、工作原理：