引入
随着单片机的性能提高，我们想要在单片机上实现的功能有时需要外扩彩色屏幕，但是单片机的内存太小，而屏幕需要的缓存又太大，因此扩展出了外置的RAM，RAM又分为静态随机存储器和动态随机存储器，在这里我介绍动态随机存储器SDRAM在STM32上的配置。
一、SDRAM简介
SDRAM是动态随机存储器（Synchronous Dynamic Random-Access Memory）的简称，相比较SRAM，他的读写速率可能没有SRAM那么快，因为需要留时间给刷新，但是他的造价低，容量一般可以做的很大。本章节用的是基于野火的STM32F429-V1开发板。
二、SDRAM在STM32上的配置
SDRAM的使用需要用到FMC，即“可变存储控制器”，本章节以STM32F429IGT6为例（FMC在F4系列中，支持的型号仅仅只有“STM32F42xxx 和 STM32F43xxx”），且在STM32F4的中文草考手册中没有，反而在另外一个F4的参考手册中提及。、
本章节代码采用HAL库，要用FMC驱动SDRAM就得进行初始化。
初始化代码大概分为以下步骤：
1.初始化GPIO，开启时钟,并且复用为FMC
GPIO的初始化可以由CubeMX配置，因为引脚很多，这里配置BANK2。
static void SDRAM_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* Peripheral clock enable */
__HAL_RCC_FMC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/* GPIO_InitStruct */
/** FMC GPIO Configuration
PF0 ------> FMC_A0
PF1 ------> FMC_A1
PF2 ------> FMC_A2
PF3 ------> FMC_A3
PF4 ------> FMC_A4
PF5 ------> FMC_A5
PC0 ------> FMC_SDNWE
PF11 ------> FMC_SDNRAS
PF12 ------> FMC_A6
PF13 ------> FMC_A7
PF14 ------> FMC_A8
PF15 ------> FMC_A9
PG0 ------> FMC_A10
PG1 ------> FMC_A11
PE7 ------> FMC_D4
PE8 ------> FMC_D5
PE9 ------> FMC_D6
PE10 ------> FMC_D7
PE11 ------> FMC_D8
PE12 ------> FMC_D9
PE13 ------> FMC_D10
PE14 ------> FMC_D11
PE15 ------> FMC_D12
PH6 ------> FMC_SDNE1
PH7 ------> FMC_SDCKE1
PD8 ------> FMC_D13
PD9 ------> FMC_D14
PD10 ------> FMC_D15
PD14 ------> FMC_D0
PD15 ------> FMC_D1
PG4 ------> FMC_BA0
PG5 ------> FMC_BA1
PG8 ------> FMC_SDCLK
PD0 ------> FMC_D2
PD1 ------> FMC_D3
PG15 ------> FMC_SDNCAS
PE0 ------> FMC_NBL0
PE1 ------> FMC_NBL1
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3
|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12
|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);
/* GPIO_InitStruct */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
/* GPIO_InitStruct */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5
|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);
/* GPIO_InitStruct */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10
|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14
|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
/* GPIO_InitStruct */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStruct);
/* GPIO_InitStruct */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_14
|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF12_FMC;
HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}
2.初始化SDRAM控制器
SDRAM控制器的相关参数可以在手册中找到：
SDRAM_HandleTypeDef hsdram2;
FMC_SDRAM_TimingTypeDef SdramTiming = {0};
hsdram2.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;
/* hsdram2.Init */
hsdram2.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK2; // 初始化 BANK2
hsdram2.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8; // 列地址位 8
hsdram2.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12; //行地址位 12
hsdram2.Init.MemoryDataWidth = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_16; //数据宽度 16位
hsdram2.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4; //SDRAM的BANK的数量 4
hsdram2.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3; //CAS延时 3 个周期
hsdram2.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE; //失能写保护
hsdram2.Init.SDClockPeriod = FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2; //SDRAM时钟分频 2 分频 180/2 < 143
hsdram2.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE; //使能读突发
hsdram2.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0; //管道延时 0
/* SdramTiming */
SdramTiming.LoadToActiveDelay = 2; //退出自刷新延时 tXSR
SdramTiming.SelfRefreshTime = 5; //加载模式寄存器到激活 tMRD
SdramTiming.ExitSelfRefreshDelay = 7; //自刷新延时tRAS
SdramTiming.RowCycleDelay = 7; //行循环延时 tRC
SdramTiming.WriteRecoveryTime = 3; //写恢复时间 tWR
SdramTiming.RPDelay = 2; //行预充电延时 tRP
SdramTiming.RCDDelay = 2; //行到列延时 tRCD
HAL_SDRAM_Init(&hsdram2, &SdramTiming);//初始化SDRAM外设
此图的Row Address 代表行地址引脚，一共12个，Column Address代表列地址的引脚，一共8个他们是分时复用的，第一个参数页提示了这个SDRAM有四个bank，以及数据宽度。
图一显示的是不同芯片的最大时钟以及其他配置选项，429的始终是180MHz，而核心板的芯片是-7，因此最大频率不超过143（CAS为3，这里配置为3），因此配置 ：
hsdram2.Init.SDClockPeriod = FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2; //SDRAM时钟分频 2 分频 180/2 < 143
90MHz对应的时间大致为11ns
此外的其他配置，如写保护给失能，管道延时（跟在CAS延时后边）为0，并且使能突发读。
此外还需配置“7个时间”，用来配合SDRAM控制器和SDRAM的通信。
1.退出自刷新时间 tXSR
他在手册中定义如下（从左到右依次是-5 -6 -7）：
这里为不小于70ns，那就配置为7
SdramTiming.ExitSelfRefreshDelay = 7;2.加载模式寄存器到激活时间 tMRD
这里为两个时钟周期，那么就为2
SdramTiming.LoadToActiveDelay = 2;3.自刷新时间tRAS
这里为不小于42ns，就填为5
SdramTiming.SelfRefreshTime = 5;4.行循环延时 tRC
这里最小为63ns，则配置为7
SdramTiming.RowCycleDelay = 7; 5.写恢复时间 tWR
这里最小为两个时钟，则配置为3（满足某个特定条件： tWR >= tRAS - tRCD）
SdramTiming.WriteRecoveryTime = 3;6.行预充电延时 tRP
这里不低于15ns，则配置为2
SdramTiming.RPDelay = 2;7.行到列延时 tRCD
这里不低于15ns，则配置为2
SdramTiming.RCDDelay = 2;最后初始化SDRAM控制器
3.发送控制命令到SDRAM
发送命令由函数HAL_SDRAM_SendCommand完成
a.给 SDRAM 提供时钟
b.延时至少100us
c.给 SDRAM 的所有 BANK 预充电
d.插入8个自动刷新周期
e.配置加载模式寄存器
f.配置 SDRAM 自动刷新周期
发送命令代码如下：
static void SDRAM_Cmmand(void)
{
FMC_SDRAM_CommandTypeDef FMC_SDRAM_CommandStruct = {0};
//1 给 SDRAM 提供时钟
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_CLK_ENABLE; //启用时钟
FMC_SDRAM_CommandStruct.AutoRefreshNumber = 1; //自动刷新数（无关命令，写默认值
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2; //发送到BANK2
FMC_SDRAM_CommandStruct.ModeRegisterDefinition = 0; //加载模式寄存器值（无关命令，写默认值
HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram2,&FMC_SDRAM_CommandStruct,TIME_OUT);
//2 延时至少100us
HAL_Delay(1);
//3 给 SDRAM 的所有 BANK 预充电
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_PALL; //预充电
FMC_SDRAM_CommandStruct.AutoRefreshNumber = 1; //自动刷新数（无关命令，写默认值
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2; //发送到BANK2
FMC_SDRAM_CommandStruct.ModeRegisterDefinition = 0; //加载模式寄存器值（无关命令，写默认值
HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram2,&FMC_SDRAM_CommandStruct,TIME_OUT);
//4 插入8个自动刷新周期
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_AUTOREFRESH_MODE; //自动刷新
FMC_SDRAM_CommandStruct.AutoRefreshNumber = 4; //自动刷新数
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2; //发送到BANK2
FMC_SDRAM_CommandStruct.ModeRegisterDefinition = 0; //加载模式寄存器值（无关命令，写默认值
HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram2,&FMC_SDRAM_CommandStruct,TIME_OUT);
//5 配置加载模式寄存器
uint32_t ModeRegister = SDRAM_MODEREG_BURST_LENGTH_4 \
| SDRAM_MODEREG_BURST_TYPE_SEQUENTIAL\
| SDRAM_MODEREG_CAS_LATENCY_3\
| SDRAM_MODEREG_OPERATING_MODE_STANDARD\
| SDRAM_MODEREG_WRITEBURST_MODE_SINGLE;
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandMode = FMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE; //加载模式寄存器
FMC_SDRAM_CommandStruct.AutoRefreshNumber = 1; //自动刷新数（无关命令，写默认值
FMC_SDRAM_CommandStruct.CommandTarget = FMC_SDRAM_CMD_TARGET_BANK2; //发送到BANK2
FMC_SDRAM_CommandStruct.ModeRegisterDefinition = ModeRegister; //加载模式寄存器值
HAL_SDRAM_SendCommand(&hsdram2,&FMC_SDRAM_CommandStruct,TIME_OUT);
//6 配置 SDRAM 自动刷新周期
HAL_SDRAM_ProgramRefreshRate(&hsdram2,1386); //(64x10^-6 s /4096) x 90x10^6Hz - 20
}
其中，初始阿虎过程可以在手册中找到：
翻译大致如下（可能不准确，以英文原文为主）
初始化（Initialization）
SDRAM 必须按照预定义的方式上电并初始化。
当电源同时加到 VDD 和 VDDQ上，并且时钟稳定（DQM 为高电平，CKE 为高电平）之后，64Mb 的 SDRAM 才会开始初始化。
在发送除 COMMAND INHIBIT 或 NOP 命令之外的任何命令之前，需要等待 100 微秒。在这 100 微秒期间，可以持续发送 COMMAND INHIBIT 或 NOP 命令，并应至少持续到 100 微秒结束。
在至少发送一次 COMMAND INHIBIT 或 NOP 命令之后，一旦 100 微秒延时完成，就应发送 PRECHARGE 命令，所有的 bank 必须被预充电（Precharged）。这将使所有 bank 进入空闲状态。
随后，至少执行两次自动刷新（AUTO REFRESH）命令。自动刷新命令完成之后，SDRAM 就可以准备好进行模式寄存器（Mode Register）的设置。
在执行任何操作命令之前，应先加载模式寄存器，因为上电后 SDRAM 处于未知状态。执行完 Load Mode Register 命令之后，至少要执行一次 NOP 命令，然后才可以执行其他命令。
总结起来和以上配置并无二异，不过最后还得配置 SDRAM 自动刷新周期 ，他的计算公式如下图（手册中）：
由SDRAM手册可知：
行数为4096行，SDRAM的时钟已经被设置为90MHz，刷新4096次需要64ms
那么最后的结果就是：
(64x10^-6 s /4096) x 90x10^6Hz - 20 = 1386
整个初始化代码就是：
void SDRAM_Init(void)
{
SDRAM_GPIO_Init();//初始化GPIO
FMC_SDRAM_TimingTypeDef SdramTiming = {0};
hsdram2.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;
/* hsdram2.Init */
hsdram2.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK2; // 初始化 BANK2
hsdram2.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8; // 列地址位 8
hsdram2.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12; //行地址位 12
hsdram2.Init.MemoryDataWidth = FMC_SDRAM_MEM_BUS_WIDTH_16; //数据宽度 16位
hsdram2.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4; //SDRAM的BANK的数量 4
hsdram2.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3; //CAS延时 3 个周期
hsdram2.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE; //失能写保护
hsdram2.Init.SDClockPeriod = FMC_SDRAM_CLOCK_PERIOD_2; //SDRAM时钟分频 2 分频 180/2 < 133
hsdram2.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_ENABLE; //使能读突发
hsdram2.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_0; //管道延时 0
/* SdramTiming */
SdramTiming.LoadToActiveDelay = 2; //加载模式寄存器到激活 tMRD
SdramTiming.ExitSelfRefreshDelay = 7; //退出自刷新延时 tXSR
SdramTiming.SelfRefreshTime = 5; //自刷新延时tRAS
SdramTiming.RowCycleDelay = 7; //行循环延时 tRC
SdramTiming.WriteRecoveryTime = 3; //写恢复时间 tWR
SdramTiming.RPDelay = 2; //行预充电延时 tRP
SdramTiming.RCDDelay = 2; //行到列延时 tRCD
HAL_SDRAM_Init(&hsdram2, &SdramTiming);//初始化SDRAM外设
SDRAM_Cmmand();//初始化SDRAM
}在主函数调用，即可通过指针访问SDRAM，由于这里是用的BANK2，因此它的起始地址是0xD0000000 。
在主函数中将一张150kb的图片复制到SDRAM，然后读出来显示在屏幕中：
int main()
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
UsartInit(115200);
SDRAM_Init();
SPI_LCD_Init();
LCD_SetColor(COLOR_LIME);
LCD_SetBackColor(COLOR_BLACK);
LCD_Clear();
LCD_SetDirection(Direction_H_Flip);
LCD_SetTextFont(&CH_Font32);
uint32_t* add1 = (uint32_t*)0xD0000000;
memcpy(add1,gImage_cat,153600);
LCD_DrawColorImage(0,0,320,240,(uint8_t*)add1);
while(1)
{
}
}最后的结果：
