Nuttx外扩SDRAM(IS42)

本文详细介绍了如何在Nuttx操作系统中扩展STM32的SDRAM内存,包括理解板载内存限制、熟悉SDRAM的内部规格和硬件接口,以及在Nuttx下配置FMC驱动和编译选项的过程,最终成功增加外扩内存。

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前言

Nuttx当中有很多系统的组件都会用到内存中堆(heap)的资源,在终端上通过键入“free”指令可以查看到当前内存中活动的用户堆的实时用量,当应用在需要大量的堆开销的情况下,本身芯片内部集成的小容量内存就显得捉襟见肘了(我使用过MCU目前最大的内存容量也就是128KB+16KB+368KB =512KB);估计有疑问说为什么是3块,再移植前,我们先来捋一捋一些基础知识。

板载内存

日常中接触到的cortex-M4及其一下系列内核的单片机,一般在内存上大都是一块内存,我接触到最多的ST的单片机一般规格多为“32KB、64KB、256KB、320KB”等等,这里的内存就是我们所说的sram。例如下图:
STM32F3系列的内存大小
但是在F7系列上确实这样内存变成了512KB+16KB:
在这里插入图片描述
这个是因为在F7系列上sram还分为了ITCM和DTCM(TCM=Tightly Coupled Memory,是一种高速缓存,据说是被直接集成在CPU芯片中。DS有两种TCM,分别是ITCM(Instruction TCM)和DTCM(Data TCM)。由于是高速缓存,所以这两块内存区域被当做特殊的用途。比如某些对时间要求非常严格的代码,就可以被放到ITCM中执行。这可以有效地提高运行速度。某些需要频繁存取的数据,也可以放到DTCM中以节省存取时间。)
DTCM所处的位置

外扩内存

既然板载的内存不够用,外扩的内存怎么加呢?这里就需要用到Flexible memory controller (FMC),来实现外扩内存。首先需要确定外扩的SDRAM的规格和接口类型;

- 内部规格

SDRAM内部包含的存储阵列,可以把它理解成一张表格,数据就填在这张表格上。和表格查找一样,指定一个行地址和列地址,就可以精确地找到目标单元格,这是SDRAM芯片寻址的基本原理。这样的每个单元格被称为存储单元,而这样的表则被称为存储阵列(Bank),目前设计的SDRAM芯片基本上内部都包含有4个这样的Bank,寻址时指定Bank号以及行地址,然后再指定列地址即可寻找到目标存储单元。所及行地址、列地址以及bank数基本就决定了我们SDRAM的大小了。
在这里插入图片描述

- 硬件接口
大概了解了SDRAM的内部结构,接下来看看常见的SDRAM的硬件接口:

  1. CLK,同步时钟信号,所有输入信号都在CLK为上升沿的时候被采集;
  2. CKE,时钟使能信号,禁止时钟信号时SDRAM会启动自刷新操作;
  3. CS,片选信号,低电平有效;
  4. CAS#,列地址选通,为低电平时地址线表示的是列地址;
  5. RAS#,行地址选通,为低电平时地址线表示的是行地址;
  6. WE#,写入使能,低电平有效;
  7. DQM[0:1],数据输入/输出掩码信号,表示DQ信号线的有效部分;
  8. BA[0:1],Bank地址输入,选择要控制的Bank;
  9. A[0:11],地址输入;
  10. DQ[0:15],数据输入输出信号 ;(同种IC有16bits、32bits位宽等多种规格)
    具体的时序可以参考对应使用的芯片使用手册;

Nuttx下的外扩SDRAM接口

与一般的驱动不一样的是,Nuttx下外扩SDRAM直接就挂在地址总线上了,以本次移植为例,采用STM32F746系列的单片机;

- 外设驱动FMC
在配置的板子的src文件下比如我的板子是stm32f746g-disco,找到stm32_extmem.c文件<…/nuttx/configs/stm32f746g-disco/src>

/************************************************************************************
 * configs/stm32f746g-disco/src/stm32_extmem.c
 *
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 *   Author: Marcin Wyrwas <mvp1@wp.pl>
 *
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 * modification, are permitted provided that the following conditions
 * are met:
 *
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