引 言
    STM32是ST(意法半導體)公司推出的基于ARM內核Cortex－M3的32位微控制器系列。Cortex－M3內核是為低功耗和價格敏感的應用而專門設計的，具有突出的能效比和處理速度。通過采用Thumb－2高密度指令集，Cortex－M3內核降低了系統(tǒng)存儲要求，同時快速的中斷處理能夠滿足控制領域的高實時性要求，使基于該內核設計的STM32系列微控制器能夠以更優(yōu)越的性價比，面向更廣泛的應用領域。
    STM32系列微控制器為用戶提供了豐富的選擇，可適用于工業(yè)控制、智能家電、建筑安防、醫(yī)療設備以及消費類電子產品等多方位嵌入式系統(tǒng)設計。STM32系列采用一種新型的存儲器擴展技術——FSMC，在外部存儲器擴展方面具有獨特的優(yōu)勢，可根據系統(tǒng)的應用需要，方便地進行不同類型大容量靜態(tài)存儲器的擴展。

1 FSMC機制
    FSMC(Flexihie Static Memory Controller，可變靜態(tài)存儲控制器)是STM32系列中內部集成256 KB以上Flash，后綴為xC、xD和xE的高存儲密度微控制器特有的存儲控制機制。之所以稱為“可變”，是由于通過對特殊功能寄存器的設置，FSMC能夠根據不同的外部存儲器類型，發(fā)出相應的數據／地址／控制信號類型以匹配信號的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應用各種不同類型、不同速度的外部靜態(tài)存儲器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時擴展多種不同類型的靜態(tài)存儲器，滿足系統(tǒng)設計對存儲容量、產品體積以及成本的綜合要求。
1．1 FSMC技術優(yōu)勢
    ①支持多種靜態(tài)存儲器類型。STM32通過FSMC町以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲器的引腳直接相連。
    ②支持豐富的存儲操作方法。FSMC不僅支持多種數據寬度的異步讀／寫操作，而且支持對NOR／PSRAM／NAND存儲器的同步突發(fā)訪問方式。
    ③支持同時擴展多種存儲器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨立的，可用于擴展不同類型的存儲器。當系統(tǒng)中擴展和使用多個外部存儲器時，FSMC會通過總線懸空延遲時間參數的設置，防止各存儲器對總線的訪問沖突。
    ④支持更為廣泛的存儲器型號。通過對FSMC的時間參數設置，擴大了系統(tǒng)中可用存儲器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲芯片選擇空間。
    ⑤支持代碼從FSMC擴展的外部存儲器中直接運行，而不需要首先調入內部SRAM。
1．2 FSMC內部結構
    STM32微控制器之所以能夠支持NOR Flash和NAND Flash這兩類訪問方式完全不同的存儲器擴展，是因為FSMC內部實際包括NOR Flash和NAND／PC Card兩個控制器，分別支持兩種截然不同的存儲器訪問方式。在STM32內部，FSMC的一端通過內部高速總線AHB連接到內核Cortex－M3，另一端則是面向擴展存儲器的外部總線。內核對外部存儲器的訪問信號發(fā)送到AHB總線后，經過FSMC轉換為符合外部存儲器通信規(guī)約的信號，送到外部存儲器的相應引腳，實現內核與外部存儲器之間的數據交互。FSMC起到橋梁作用，既能夠進行信號類型的轉換，又能夠進行信號寬度和時序的調整，屏蔽掉不同存儲類型的差異，使之對內核而言沒有區(qū)別。
1．3 FSMC映射地址空間
    FSMC管理1 GB的映射地址空間。該空間劃分為4個大小為256 MB的BANK，每個BANK又劃分為4個64 MB的子BANK，如表1所列。FSMC的2個控制器管理的映射地址空間不同。NOR Flash控制器管理第1個BANK，NAND／PC Card控制器管理第2～4個BANK。由于兩個控制器管理的存儲器類型不同，擴展時應根據選用的存儲設備類型確定其映射位置。其中，BANK1的4個子BANK擁有獨立的片選線和控制寄存器，可分別擴展一個獨立的存儲設備，而BANK2～BANK4只有一組控制寄存器。

2 FSMC擴展NOR Flash配置
    SRAM／ROM、NOR Flash和PSRAM類型的外部存儲器都是由FSMC的NOR Flash控制器管理的，擴展方法基本相同，其中NOR Flash最為復雜。通過FSMC擴展外部存儲器時，除了傳統(tǒng)存儲器擴展所需要的硬件電路外，還需要進行FSMC初始化配置。FSMC提供大量、細致的可編程參數，以便能夠靈活地進行各種不同類型、不同速度的存儲器擴展。外部存儲器能否正常工作的關鍵在于：用戶能否根據選用的存儲器型號，對配置寄存器進行合理的初始化配置。
    (1)確定映射地址空間
    根據選用的存儲器類型確定擴展使用的映射地址空間。NOR Flash只能選用BANK1中的4個子BANK。選定映射子BANK后，即可確定以下2方面內容：
    ①硬件電路中用于選中該存儲器的片選線FSMC_NEi(i為子BANK號，i=1，…，4)；
    ②FSMC配置中用于配置該外部存儲器的特殊功能寄存器號(如表1所列)。
    (2)配置存儲器基本特征
    通過對FSMC特殊功能寄存器FSMC_BCRi(i為子BANK號，i=1，…，4)中對應控制位的設置，FSMC根據不同存儲器特征可靈活地進行工作方式和信號的調整。根據選用的存儲器芯片確定需要配置的存儲器特征，主要包括以下方面：
    ①存儲器類型(MTYPE)是SRAM／ROM、PSRAM，還是NOR Flash；
    ②存儲芯片的地址和數據引腳是否復用(MUXEN)，FSMC可以直接與AD0～AD15復用的存儲器相連，不需要增加外部器件；
    ③存儲芯片的數據線寬度(MWID)，FSMC支持8位／16位兩種外部數據總線寬度；
    ④對于NOR Flash(PSRAM)，是否采用同步突發(fā)訪問方式(B URSTEN)；
    ⑤對于NOR Flash(PSRAM)，NWAIT信號的特性說明(WAITEN、WAITCFG、WAITPOL)；
    ⑥對于該存儲芯片的讀／寫操作，是否采用相同的時序參數來確定時序關系(EXTMOD)。
    (3)配置存儲器時序參數
    FSMC通過使用可編程的存儲器時序參數寄存器，拓寬了可選用的外部存儲器的速度范圍。FSMC的NORFlash控制器支持同步和異步突發(fā)兩種訪問方式。選用同步突發(fā)訪問方式時，FSMC將HCLK(系統(tǒng)時鐘)分頻后，發(fā)送給外部存儲器作為同步時鐘信號FSMC_CLK。此時需要的設置的時間參數有2個：
    ①HCLK與FSMC_CLK的分頻系數(CLKDIV)，可以為2～16分頻；
    ②同步突發(fā)訪問中獲得第1個數據所需要的等待延遲(DATLAT)。

    對于異步突發(fā)訪問方式，FSMC主要設置3個時間參數：地址建立時間(ADDSET)、數據建立時間(DATAST)和地址保持時間(ADDHLD)。FSMC綜合了SRAM／ROM、PSRAM和NOR Flash產品的信號特點，定義了4種不同的異步時序模型。選用不同的時序模型時，需要設置不同的時序參數，如表2所列。在實際擴展時，根據選用存儲器的特征確定時序模型，從而確定各時間參數與存儲器讀／寫周期參數指標之間的計算關系；利用該計算關系和存儲芯片數據手冊中給定的參數指標，可計算出FSMC所需要的各時間參數，從而對時間參數寄存器進行合理的配置。

3 STM2擴展S29GL系列NOR Flash實例
3．1 S29GL系列NOR Flash簡介
    Spansion公司的S29GL系列芯片是采用90nm技術制造的高集成度NOR Flash存儲芯片，提供16～128 MB可選容量，支持最快25 ns的頁訪問速度和11O ns的隨機訪問速度，帶有最大64字節(jié)的寫緩沖區(qū)，以提供更快、更高效的編程，是嵌入式系統(tǒng)設計中大容量存儲器擴展的理想選擇。本文選用的型號為S29GL512P，容量為512×64K字(總容量64 MB)，擴展到NOR Flash控制器管理的BANK1的第2個子BANK。
3．2 STM32與S29GL512P的電路連接
    S25GL512P可通過控制引腳BYTE選擇對芯片的訪問單位(字／字節(jié))，區(qū)別在于：
    ①對于芯片引腳DQ15，字模式時傳送最高數據位D15；字節(jié)模式時傳送最低地址A-1。
    ②字模式時，數據引腳D0～D15上傳送數據信號；字節(jié)模式時，只有D0～D7上有信號。
    此處，將BYTE上拉到高電平，選擇16位的字訪問單位。FSMC數據線FSMC_D[15：0]與S29GL512P的D15～D0對應連接；FSMC地址線FSMC_A[25：0]的低25根與S29GL512P的地址線A[24：0]對應連接。
    由于S29GL512P芯片映射到BANK1的子BANK2，可確定其片選線應連接FSMC片選控制線FSMC_NE2。S29GL512P的RY／BY引腳連接FSMC的FSMC_NWAIT引腳，提供等待信號。
3．3 FSMC的配置
    根據S29GL512P的映射位置，需要對FSMC_BCR2和FSMC_BTR2／BWTR2寄存器進行配置。
    (1)FSMC_BCR2
    配置S29GL512P的讀／寫采用統(tǒng)一時間參數，只需要設置時間寄存器FSMC_BTR2。配置存儲器類型為NORFlash，數據總線寬度為16位(字)，不采用地址／數據復用，使能BANK1的子BANK2。
    (2)FSMC_BTR2
    由表2可知，異步NOR Flash時序模型Mode2／B需要設置時間參數DATAST和ADDSET。根據時序圖，兩個參數的計算公式如下：
   
式中：Twc和Trc為所選存儲芯片的寫周期長度和讀操作周期長度；Twp為所選存儲芯片的寫信號持續(xù)長度。根據S29GL512P用戶手冊，可知參數Twc=Trc=130 ns，Twp=35 ns。設STM32微控制器采用72 MHz主頻，則HCLK=(1／72×10-6)s。通過上述公式計算，可取值為：DATAST=2，ADDSET=5。
    為了達到更好的控制效果，還應考慮FSMC自身延遲問題，使用校正公式：
   
式中：TAVQV為所選存儲芯片訪問過程中，從地址有效至數據有效的時間域；Tsu(Data_NE)為STM32特征參數，從數據有效到FSMC_NE(片選)失效時間域；Ttv(A_NE)為STM32特征參數，從FSMC_NE有效至地址有效的時間域。
    TAVQV=130 ns，Tsu(Data_NE)+Ttv(A_NE]=36 ns，對DATAST參數進行校正，可得DATAST=3。
3．4 應用STM32固件對FSMC進行初始化配置
    ST公司為用戶開發(fā)提供了完整、高效的工具和固件庫，其中使用C語言編寫的固件庫提供了覆蓋所有標準外設的函數，使用戶無需使用匯編操作外設特性，從而提高了程序的可讀性和易維護性。
    STM32固件庫中提供的FSMC的NOR Flash控制器操作固件，主要包括2個數據結構和3個函數。數據結構FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef對應時間參數寄存器FSMC_BTR和FSMC_BWTR的結構定義；
    FSMC_NORSRAMinitTypeDef對應特征配置寄存器FSMC_BCR的結構定義，并包含2個指向對應BANK的FSMC_BTR和FSMC_BWTR寄存器的FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef結構指針。針對上述S29GL512P芯片擴展要求，利用固件庫進行的主要初始化操作如下：

結 語
    STM32作為新一代ARM Cortex-M3核處理器，其卓越的性能和功耗控制能夠適用于廣泛的應用領域；而其特殊的可變靜態(tài)存儲技術FSMC具有高度的靈活性，對于存儲容量要求較高的嵌入式系統(tǒng)設計，能夠在不增加外部分立器件的情況下，擴展多種不同類型和容量的存儲芯片，降低了系統(tǒng)設計的復雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。