灵动微课堂 (第190讲) | 使用MM32F3270 FSMC驱动外部NOR Flash

MM32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。在某些应用中，需要较大容量的存储空间用于存储数据；这时可以通过SPI 外扩NOR Flash，NAND Flash, 或者通过SDIO扩展SD Card或TF-Card。但有些需要高速存储数据，上述方式还是不够快速，这时可以使用MM32F3270系列的FSMC来外扩并行NOR Flash来实现。

并行NOR Flash与并行SRAM和PSRAM的读写接口大部分相同，但NOR Flash的写入速度与SRAM和PSRAM比较，相对较慢，需要通过NWAIT 信号检查NOR Flash的操作状态，并做一些等待，相应的时序需要根据不同的NOR Flash芯片所规定的参数而做相应的设置即可。

本文接下来就使用MM32F3270外挂S29GL128P NOR Flash芯片来演示FSMC对NOR Flash芯片的设置与读写。

前文已经介绍了MM32F3270的FSMC的接口功能与特色。结合MM32F3270 的FSMC外部接口信号，可使用异步方式访问NOR Flash，可以选用复用或非复用方式扩展NOR Flash，还可以通过配置实现外扩8位总线或16位总线接口的NOR Flash。

表1

FSMC控制器外部信号

MM32F3270系列MCU因为封装的原因，导致只有部分MCU产品可以通过硬件复用出全部或部分的FSMC接口的相关GPIO；外扩NOR Flash也只有使用 LQFP144引脚封装MCU芯片才能支持连接地址数据非复用和复用方式外扩并行NOR Flash；而LQFP100引脚封装芯片因地址线缩减，仅支持连接地址数据复用方式外扩并行NOR Flash。LQFP64因为无法引出足够的地址与数据总线，同样不支持外扩并行NOR Flash。

表2

MM32F3270不同封装芯片与NOR Flash接口

目前市场上非复用型16位数据总线接口的NOR Flash也是较为普遍，下面针对非复用方式，介绍MCU与NOR Flash的硬件原理图设计和软件寄存器配置。

在此用MM32F3270的FSMC接口扩展S29GL128P NOR Flash，其原理框图如下：

图1

NOR Flash原理框图

S29GL128P的数据按 16 位的Half Word寻址，容量128M Bit,  16M字节，从芯片手册中可以查询到S29GL128P的引脚功能描述如下：

表3

NOR Flash引脚信号

S29GL128P可以通过CS, OE, WR, WP#, RY/BY#控制电路，结合Address与Data I/O实现对NOR Flash的读写操作。

1

FSMC非复用方式控制NOR Flash的硬件设计

表4

NOR Flash数据, 地址, 读写信号与MCU接口的引脚说明

外部设备地址映像从FSMC的角度看，FSMC外扩寻址空间用于访问最多4个FSMC地址映射空间，可以用于访问4个NOR闪存或SRAM/PSRAM存储设备，并对应的有4个专用的片选FSMC_NE[4:1]。

外部存储器划分为固定大小为64M字节的四个存储块，见下图。

存储区块与片选信号对应关系：

HADDR是需要转换到外部存储器的内部AHB地址线。HADDR[25:0]包含外部存储器地址。HADDR是字节地址，而存储器访问不都是按字节访问，因此接到存储器的地址线依存储器的数据宽度有所不同，如下表：

对于16位宽度的外部存储器，FSMC将在内部使用HADDR[25:1]产生外部存储器的地址FSMC_A[24:0]。不论外部存储器的宽度是多少(16位或8位)，FSMC_A[0]始终应该连到外部存储器的地址线A[0]。

根据外部NOR Flash设计原理图：

2

FSMC非复用方式控制NOR Flash的程序设计

根据配置的接口电路配置GPIO初始化程序与FSMC初始化程序。

void FSMC_NOR_Init(void)
{
    FSMC_InitTypeDef  FSMC_InitStructure;
    FSMC_NORSRAM_Bank_InitTypeDef  FSMC_BankInitStructure;

    FSMC_NORSRAM_BankStructInit(&FSMC_BankInitStructure);
    FSMC_NORSRAMStructInit(&FSMC_InitStructure);
    RCC_AHB3PeriphClockCmd(RCC_AHB3ENR_FSMC, ENABLE);

    FSMC_BankInitStructure.FSMC_SMReadPipe    = 0;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_ReadyMode     = 0;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_WritePeriod   = 15;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_WriteHoldTime = 3;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_AddrSetTime   = 3;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_ReadPeriod    = 15;
    FSMC_BankInitStructure.FSMC_DataWidth     = FSMC_DataWidth_16bits;
    FSMC_NORSRAM_Bank_Init(&FSMC_BankInitStructure, \
    FSMC_NORSRAM_BANK1);

    FSMC_InitStructure.FSMC_Mode = FSMC_Mode_NorFlash;
    FSMC_InitStructure.FSMC_TimingRegSelect = FSMC_TimingRegSelect_0;
    FSMC_InitStructure.FSMC_MemSize = FSMC_MemSize_64MB;
    FSMC_InitStructure.FSMC_MemType = FSMC_MemType_FLASH;
    FSMC_InitStructure.FSMC_AddrDataMode = FSMC_AddrDataDeMUX;
    FSMC_NORSRAMInit(&FSMC_InitStructure);
}

GPIO初始化

void FSMC_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOB | RCC_AHBENR_GPIOC | \
    RCC_AHBENR_GPIOA | RCC_AHBENR_GPIOD | RCC_AHBENR_GPIOE | \
    RCC_AHBENR_GPIOF | RCC_AHBENR_GPIOG, ENABLE);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_12);  NOE
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_12);  NWE
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_12);  NWAIT
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource11, GPIO_AF_12); A16
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_12); A17
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource13, GPIO_AF_12); A18
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource14, GPIO_AF_12); D0
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource15, GPIO_AF_12); D1
    省略部分代码
    GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_12);  A0
    GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_12);  A1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_12);  A2
    GPIO_PinAFConfig(GPIOF, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_12);  A3
    省略部分代码
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  =  GPIO_Pin_All;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  =  GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

    省略部分代码

}

从选择的片选信号与FSMC外扩存储映像空间可以得出Bank2地址为0x64000000，使用该地址作为读写外部NOR Flash的基地址。

#define NOR_FLASH_START_ADDR       ((u32)0x64000000)
#define NOR_FLASH_END_ADDR         ((u32)0x67FFFFFF)
读一个半字
u16 FSMC_NOR_ReadHalfWord(u32 ReadAddr)
{
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x00555), 0x00AA);
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x002AA), 0x0055);
    NOR_WRITE((NOR_FLASH_START_ADDR + ReadAddr), 0x00F0 );
* exit autoselect (write reset command) */
    return (*(vu16*)((NOR_FLASH_START_ADDR + ReadAddr)));
}
连续读一块半字数据
void FSMC_NOR_ReadBuffer(u16* pBuffer, u32 ReadAddr, u32 NumHalfwordToRead)
{
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x0555), 0x00AA);
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x02AA), 0x0055);
    NOR_WRITE((NOR_FLASH_START_ADDR + ReadAddr), 0x00F0);
* exit autoselect (write reset command) */
    for(; NumHalfwordToRead != 0x00; NumHalfwordToRead--) {
         Read a Halfword from the NOR
        *pBuffer++ = *(vu16*)((NOR_FLASH_START_ADDR + ReadAddr));
        ReadAddr = ReadAddr + 2;
    }
}

读写外部NOR Flash与读写外部SRAM的操作，地址寻址方式是一样的，但NOR Flash的写数据有较大的不同。

以单个Word编程为例，如下为写单个Word的流程图与实现代码：

NOR_Status FSMC_NOR_WriteHalfWord(u32 WriteAddr, u16 Data)
{
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x0555), 0x00AA);
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x02AA), 0x0055);
    NOR_WRITE(ADDR_SHIFT(0x0555), 0x00A0);
    NOR_WRITE((NOR_FLASH_START_ADDR + WriteAddr), Data);

    return (FSMC_NOR_GetStatus(Program_Timeout));
}

通过MindMotion的官网下载MM32F3270 lib_Samples：

https://www.mindmotion.com.cn/products/mm32mcu/mm32f/mm32f_mainstream/mm32f3270/ 

工程路径如下：

~MM32F327x_Samples\LibSamples\FSMC\FSMC_NOR\

可以看到详细的样例与功能操作。