• STM32CubeMX实战教程（九）——外部SRAM+内存管理

    外部SRAM+内存管理

    前言

    内存管理作为STM32及其他单片机非常重要的知识，可以说是单片机学习中必须要学到的，它不是像其他知识一样基于外设展开，而是基于自身内部的内存或是外部内存出发的；是学习较高级复杂的外设或功能如：USB，emWin，以及操作系统的基础，因为这是当单片机功能越来越复杂时绕不开的问题。
    简单举个栗子：有时候需要申请一个很大的内存时，虽然现在STM32具备的内存已经非常大了，但是还是会出现不够用的情况，但是通过内存管理，可以根据所需内存是否长期需要，以及其他条件去判断是请外部内存，还是释放部分当前不用的内存来进行分配。

    材料

    • STM32F4正点原子探索者
    • 开发板原理图
    • HAL库函数手册
    • 手

    运行内存RAM

    STM32F4的RAM主要由内部SRAM，内部CCRAM构成，如果有增加外部SRAM，那就由这三部分构成，下面简单说明一下三者区别

    SRAM

    静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）是随机存取存储器的一种。所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面储存的数据就可以恒常保持。相对之下，动态随机存取存储器（DRAM）里面所储存的数据就需要周期性地更新。然而，当电力供应停止时，SRAM储存的数据还是会消失（被称为volatile memory），这与在断电后还能储存资料的ROM或闪存是不同的。
    内部SRAM则是单片机本身自带的SRAM，其大小都在STM32CubeMX选型中就可以看到，STM32F407ZG是自带192K的RAM，其中包括了SRAM和CCRAM。
    在这里插入图片描述
    外部SRAM则是有外部RAM芯片提供，内部空间不够时使用。

    内部CCRAM

    相比内部SRAM，内部CCRAM的读写速度会更加快，但它只受CPU直接控制，而不受外设读写控制。其他与内部SRAM无异，地址也在RAM中。

    IS62WV51216

    外部SRAM芯片，512K，顾名思义作为内部SRAM的补充和扩展，我们可以直接把变量定义在外部SRAM中，具体性能这里不详细介绍，感兴趣的话百度都能查，这里主要详细看看它的时序及工作方式。数据手册里面也是写得非常清楚了。
    在这里插入图片描述

    • 图中A0~18为地址线，总共19根地址线（即2^19=512K，1K=1024）；
    • I/O0~15为数据线，总共16根数据线
    • CS2和CS1都是片选信号，不过CS2是高电平有效CS1是低电平有效；OE是输出使能信号（读信号）；WE为写使能信号；UB和LB分别是高字节控制和低字节控制信号，即允许单独进行高8位或低8位的数据写入操作；

    在这里插入图片描述

    然后再根据各个时序图和时序表，一顿操作后得到几组读写时序数据，懒得计算的小伙伴也可以直接上正点原子的例程抄结果，结果和抄的姿势后面将列出。

    内存管理

    在面对有限的内存时，合理运用好内存管理可以使得MCU的资源分配更高效且快速，正如C语言中，当我们面对长度未知的变量时，往往采用动态内存分配的方法，利用malloc函数和指针，进行内存的动态申请和释放，STM32也可以用同样的原理进行内存的分配和调用，具体原理本文暂不深究，重在用法的掌握。

    工程配置

    基础配置

    基础配置与前面其他文章完全一致，时钟主频为168M，使能一个LED灯，以及三个按键，便于现象观察
    晶振

    时钟树
    LED
    在这里插入图片描述

    另外把LCD液晶使能一下，方便观察现象，具体配置如下，不懂的参考《STM32CubeMX实战教程（七）——TFT_LCD液晶显示》，当然也可以用串口输出。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    FSMC

    对于FSMC外设的作用和原理，已经在《STM32CubeMX实战教程（七）——TFT_LCD液晶显示》介绍过了，这里也不再重复，这里直接开始配置。
    在这里插入图片描述

    由于NE4已经使能给LCD显示了，这里就使用NE3作为SRAM，其对应的地址范围为0x68000000~6BFFFFFF，当然也可以用NE1或者NE2，但是在代码中的基地址则需要根据下表相对应修改，具体在生成代码后将进行解释。
    在这里插入图片描述

    根据IS62WV51216芯片介绍，需要19位地址信号及6位数据信号，于是对应了这里的Address和Data，同时由于该芯片支持字节控制，我们需要另外提供高低字节信号，即使能Byte enable。不使能等待信号。
    以下是参数配置，
    在这里插入图片描述
    Wirte Operation

    • Enable 允许向存储器写数据
    • Disabled 只允许从存储器中读数据

    Extended

    • Disable 读写时序相同
    • Enable 读写时序不同（分别配置）

    然后是信号时序，直接对着抄就完事。

    进入代码

    生成代码后，先在Options for target中添加外部SRAM的地址和大小，此时编译器在变量的地址自动分配时也会把外部SRAM考虑在内了，如果想修改内存自动分配的优先级的话可以编写sct文件的方法实现，这不是本文重点，暂不深究。
    在这里插入图片描述
    default上的选项框不建议勾上，因为勾上即代表所选内存由编译器管理分配，即这时候不允许用户在此内存定义变量，所以也就不能用__attribute__关键字把变量定义在这个地方，否则出现类似以下的报错
    在这里插入图片描述

    attribute((at()))

    uint32_t test[250000] __attribute__((at(0X68000000)));

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    在MDK中__attribute__是一个可以指定所定义变量地址的关键字，例如上述代码，可以利用这个关键字将数组test直接定义到指定地址0X68000000，非常灵活。但是需要注意的是，用这种方法定义变量时必须将变量定义成全局变量，即函数外。

    动态内存分配

    要实现内存的动态分配，就要有动态分配函数，对应C语言中的malloc函数，但是STM32本身并不自带这个功能，需要用户自己编写对应接口函数，这里正点原子也已经有成熟的malloc文件了，我对其稍作修改以适配HAL库版本开发，大家可以自行下载，下载链接，提取码为jmnj，下面我将为大家讲解基本函数及其用法。

    malloc.h

    
#define MEM1_BLOCK_SIZE			32  	  						
#define MEM1_MAX_SIZE			110*1024  						
#define MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE	MEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE 	

#define MEM2_BLOCK_SIZE			32  	  						
#define MEM2_MAX_SIZE			800 *1024  						
#define MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE	MEM2_MAX_SIZE/MEM2_BLOCK_SIZE 	
		 

#define MEM3_BLOCK_SIZE			32  	  						
#define MEM3_MAX_SIZE			60 *1024  						
#define MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE	MEM3_MAX_SIZE/MEM3_BLOCK_SIZE 	

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    首先进入malloc.h代码，在第21行到第34行定义了各部分内存的内存大小，如上的参数MEM~_MAX_SIZE是可以根据实际灵活调整的，这里是指需要管理的内存大小，并不一定要等于实际，可以偏小，但是不能偏大，例如根据实际STM32型号不同或是外部SRAM芯片不同可以将如上的110，800，60几个参数对应修改。

    void my_mem_init(uint8_t memx);		
uint8_t my_mem_perused(uint8_t memx);		

void myfree(uint8_t memx,void *ptr);  		
void *mymalloc(uint8_t memx,uint32_t size);			
void *myrealloc(uint8_t memx,void *ptr,uint32_t size);

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    往下可以看到有几个函数，这里只需要关心以上几个函数就可以了，其他都是供内部调用使用的

    • my_mem_init，这个函数是负责初始化内存块的，只有一个参数，填SRAMIN表示内部内存池；SRAMEX表示外部内存池；SRAMCCM表示CCM内存池
    • my_mem_perused，这个函数可以用来获得内存的使用率，同样只有一个参数，填入数据同上，返回参数为内存使用率，即0~100
    • myfree，内存释放函数，同C语言的free函数功能，输入参数为内存种类和首地址，那么所指定的内存块中指定地址之后的内存都会被释放
    • mymalloc，内存申请函数，参数为内存块种类即需要申请的大小，单位为字节，返回申请到的内存首地址
    • myrealloc，重新分配内存函数，输入参数为内存块种类，旧首地址和需要分配的内存大小，作用是将指定内存里的内容拷贝至新内存中，并返回新内存的首地址

    malloc.c

    在这个文件中我们需要关注的只有一处，也就是SRAM内存地址，在这个文件中是0X68000000，也就是对应FSMC配置时所选的NE3，如果选的是NE2，那么这里则改成0x64000000，按照FSMC一节表中列出的参数，以此类推，当然CCM内存的地址也可以对应实际情况进行修改。
    这里再次强调，由于这里用到了关键字__attribute__，在Options for target中的target栏，如果填了对应的内存地址，那么在default选项框内千万不能打勾，否则编译时报错！！！

    实验代码

    由于内存管理和外部SRAM的实验本身是没有实验现象的，为了能够看到初始化成功的现象，这里参考正点原子的代码另外加入了实验现象的代码以便观察。具体原理不多解释了，直接抄代码就行。如果是用串口输出现象的话就把LCD相关输出函数改成串口打印。

    main

    首先，在main.c文件中引用

    #include "ILI93xx.h"
#include "malloc.h" 

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    不用液晶的话只包含malloc.h就行
    其次，在main函数中定义新变量

    	uint8_t key;
	uint8_t sramx=0;	
	uint8_t i=0;	    
	uint8_t *p=0;
	uint8_t *tp=0;
	uint8_t paddr[18];

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    在while循环前添加

    	TFTLCD_Init();
	LCD_Clear(WHITE);
	my_mem_init(SRAMIN);			//³õʼ»¯ÄÚ²¿ÄÚ´æ³Ø
	my_mem_init(SRAMEX);			//³õʼ»¯ÍⲿÄÚ´æ³Ø
	my_mem_init(SRAMCCM);			//³õʼ»¯CCMÄÚ´æ³Ø
		POINT_COLOR=RED;//ÉèÖÃ×ÖÌåΪºìÉ« 
	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");	
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"MALLOC TEST");	
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
	LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/15");   
	LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Malloc  KEY2:Free");
	LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"KEY_UP:SRAMx KEY1:Read"); 
 	POINT_COLOR=BLUE;//ÉèÖÃ×ÖÌåΪÀ¶É« 
	LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMIN");
	LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"SRAMIN  USED:   %");
	LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"SRAMEX  USED:   %");
	LCD_ShowString(30,230,200,16,16,"SRAMCCM USED:   %");

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    在while循环中添加

    				key=KEY_Scan(0);
				switch(key)
		{
			case 0:	
				break;
			case KEY0_PRES:
				p=mymalloc(sramx,2048);
				if(p!=NULL)sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);
				break;
			case KEY1_PRES:	   
				if(p!=NULL)
				{
					sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);
					LCD_ShowString(30,270,200,16,16,p);			
				}
				break;
			case KEY2_PRES:	  
				myfree(sramx,p);
				p=0;			
				break;
			case WKUP_PRES:
				sramx++; 
				if(sramx>2)sramx=0;
				if(sramx==0)LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMIN ");
				else if(sramx==1)LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMEX ");
				else LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"SRAMCCM");
				break;
		}
				if(tp!=p)
		{
			tp=p;
			sprintf((char*)paddr,"P Addr:0X%08X",(uint32_t)tp);
			LCD_ShowString(30,250,200,16,16,paddr);	
			if(p)LCD_ShowString(30,270,200,16,16,p);
		    else LCD_Fill(30,270,239,266,WHITE);	
		}
		HAL_Delay(10);   
		i++;
		if((i%20)==0)//DS0ÉÁ˸.
		{
			LCD_ShowNum(30+104,190,my_mem_perused(SRAMIN),3,16);
			LCD_ShowNum(30+104,210,my_mem_perused(SRAMEX),3,16);
			LCD_ShowNum(30+104,230,my_mem_perused(SRAMCCM),3,16);
			HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
		}

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    在main.h添加下面代码用于位带操作

    #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 

#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+20) 
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+20)
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+20) 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+20) 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+20)
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+20)
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+20) 
#define GPIOH_ODR_Addr    (GPIOH_BASE+20) 
#define GPIOI_ODR_Addr    (GPIOI_BASE+20)
#define GPIOJ_ODR_ADDr    (GPIOJ_BASE+20)
#define GPIOK_ODR_ADDr    (GPIOK_BASE+20) 

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+16)
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+16)
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+16) 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+16) 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+16) 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+16) 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+16) 
#define GPIOH_IDR_Addr    (GPIOH_BASE+16) 
#define GPIOI_IDR_Addr    (GPIOI_BASE+16) 
#define GPIOJ_IDR_Addr    (GPIOJ_BASE+16) 
#define GPIOK_IDR_Addr    (GPIOK_BASE+16) 

#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  

#define PHout(n)   BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)
#define PHin(n)    BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)

#define PIout(n)   BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)
#define PIin(n)    BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n) 

#define PJout(n)   BIT_ADDR(GPIOJ_ODR_Addr,n)  
#define PJin(n)    BIT_ADDR(GPIOJ_IDR_Addr,n)  

#define PKout(n)   BIT_ADDR(GPIOK_ODR_Addr,n)  
#define PKin(n)    BIT_ADDR(GPIOK_IDR_Addr,n)  

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    gpio

    gpio.c定义函数

    uint8_t KEY_Scan(uint8_t mode)
{
    static uint8_t key_up=1;     //按键松开标志
    if(mode==1)key_up=1;  //支持连按
    if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
    {
        HAL_Delay(10);
        key_up=0;
        if(KEY0==0)       return KEY0_PRES;
        else if(KEY1==0)  return KEY1_PRES;
        else if(KEY2==0)  return KEY2_PRES;
        else if(WK_UP==1) return WKUP_PRES;          
    }else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)key_up=1;
    return 0; //无按键按下
}

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    这是正点原子的按键算法，比普通延时消抖可靠性更高，且支持连按，很好看懂，这里不多解释。在gpio.h中添加

    #define KEY0        HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)  //KEY0按键PE4
#define KEY1        HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)  //KEY1按键PE3
#define KEY2        HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_2) 	//KEY2按键PE2
#define WK_UP       HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)  //WKUP按键PA0

#define KEY0_PRES 	1
#define KEY1_PRES	2
#define KEY2_PRES	3
#define WKUP_PRES   4
uint8_t KEY_Scan(uint8_t mode);

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    以上就是所有代码，接下来就可以下载至板子中看现象了。

    下载验证

    下载进开发板后可以根据屏幕上的提示进行操作了，KEY0为申请内存，KEY2为释放内存，KEY1为读内存，KEY_UP为切换内存块
    在这里插入图片描述
    具体下载方法这里不再重复，可查看《STM32CubeMX实战教程（一）——软件入门》，工程源文件我已经上传，

    结语

    本章就是STM32CubeMX的最后一篇实战教程了，考虑到其他外设的配置其实也可以依葫芦画瓢，以及更高阶的外设和STM32功能其实并不常用，而且也更加复杂，没办法一篇文章就能够讲清楚，所以教程数量并不多，但是我会把我做的例程都放在资源处，有需要的自行下载，没积分的私我邮箱，感谢大家支持，以后如果有其他教程或者学习笔记可能也会另外记录讲解~
    祝大家事业蒸蒸日上！
    奥里给~

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_43892323/article/details/122989100