STM32 外部 SRAM/PSRAM 扩展：FMC 接口详解
👁 9 阅读 · 2026-08-16 · STM32 存储
当片内 RAM 不够用时，通过 FMC 接口外扩 SRAM/PSRAM 是常见做法。本文深入剖析 STM32 FMC 存储控制器原理，包括总线结构、时序配置与硬件连接，并给出基于 HAL 库的完整驱动代码和注意事项，帮助开发者快速上手外部存储器扩展。
## 1. FMC 是什么？
FMC（Flexible Memory Controller）是 STM32 系列中的灵活存储控制器，它源于早期的 FSMC（Flexible Static Memory Controller），在 F4/F7/H7 等系列中更名为 FMC，但功能更加强大。FMC 可以连接 NOR Flash、SRAM、PSRAM、SDRAM 以及 LCD 并行接口，并支持 8/16/32 位数据总线宽度。
对于 SRAM/PSRAM，FMC 本质上是一个外置总线主控：CPU 发起访问时，FMC 自动生成地址、数据、读/写使能等时序信号，从而把片外存储器映射到 ARM 的寻址空间。
## 2. SRAM/PSRAM 接口原理
典型异步 SRAM 接口包含以下信号：
- **地址线** A[0:N-1]
- **数据线** DQ[0:M-1]
- **芯片使能** CE#（FMC 中对应 NE 片选）
- **读使能** OE#（FMC 中对应 NOE）
- **写使能** WE#（FMC 中对应 NWE）
- **字节选择** LB#/UB#（FMC 中对应 NBL[1:0]）
FMC 把片外 SRAM 映射到 AHB 地址空间，例如 STM32F4 的 Bank1 起始地址 0x60000000。访问地址时，FMC 会驱动相应的片选信号并产生读写时序。
### 关键时序参数
异步访问需要配置以下时间参数（单位为 HCLK 周期）：
- **AddressSetup**：地址建立时间（从地址有效到片选有效/命令有效）
- **AddressHold**：地址保持时间
- **DataSetup**：数据建立时间（读时用于采样，写时用于数据有效时间）
- **BusTurnaround**：总线周转时间，防止读/写切换冲突
对于高速 PSRAM 通常使用**同步突发模式**，而普通 SRAM 则使用异步模式。开发时需要参考 SRAM 数据手册中的时序图来调节这些参数。
## 3. 硬件连接示例
以 16 位异步 SRAM（如 IS62WV51216）为例，连接 STM32F407ZGT6：
- 数据线：D[15:0] -> FSMC_D[15:0]
- 地址线：A[18:0] -> FSMC_A[18:0]
- 片选：CE# -> FSMC_NE1（Bank1，起始地址 0x60000000）
- 读使能：OE# -> FSMC_NOE
- 写使能：WE# -> FSMC_NWE
- 字节选择：UB# -> FSMC_NBL1，LB# -> FSMC_NBL0
注意，若 SRAM 为 16 位，STM32 的 FSMC_A[0] 通常内部连接到存储器的 A[1]，即地址左移一位，以支持字节选择。这在使用指针访问时需留意地址对齐。
## 4. 配置步骤
### 4.1 使用 STM32CubeMX 配置
1. 启用 FMC，选择 Bank1，SRAM/PSRAM 模式。
2. 设置数据总线宽度（8/16 位）。
3. 配置时序参数：根据 SRAM 手册计算。典型值（HCLK=168MHz，周期约 6ns）：
- AddressSetup = 9（约 54ns）
- DataSetup = 9（约 54ns）
- AddressHold = 1
- BusTurnaround = 0
4. 生成代码，HAL 库会自动生成 `MX_FMC_Init()` 和 `HAL_SRAM_Init()`。
### 4.2 手动代码配置（HAL）
如果不想用 CubeMX，也可以手动编写初始化函数：
```c
#include "stm32f4xx_hal.h"
SRAM_HandleTypeDef hsram;
FMC_NORSRAM_TimingTypeDef SramTiming;
void FMC_SRAM_Init(void)
{
// 使能相关时钟
__HAL_RCC_FMC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
// 省略 GPIO 初始化，按实际引脚配置为复用功能 AF12
hsram.Instance = FMC_NORSRAM_DEVICE;
hsram.Extended = FMC_NORSRAM_EXTENDED_DEVICE;
hsram.Init.DataAddressMux = FMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE;
hsram.Init.MemoryType = FMC_MEMORY_TYPE_SRAM;
hsram.Init.MemoryDataWidth = FMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16;
hsram.Init.BurstAccessMode = FMC_BURST_ACCESS_MODE_DISABLE;
hsram.Init.WriteOperation = FMC_WRITE_OPERATION_ENABLE;
hsram.Init.WaitSignal = FMC_WAIT_SIGNAL_DISABLE;
hsram.Init.ExtendedMode = FMC_EXTENDED_MODE_DISABLE;
hsram.Init.WriteBurst = FMC_WRITE_BURST_DISABLE;
hsram.Init.ContinuousClock = FMC_CONTINUOUS_CLOCK_SYNC_ASYNC;
hsram.Init.WriteFifo = FMC_WRITE_FIFO_DISABLE;
hsram.Init.PageSize = FMC_PAGE_SIZE_NONE;
// 时序参数，单位：HCLK 周期数
SramTiming.AddressSetupTime = 9;
SramTiming.AddressHoldTime = 1;
SramTiming.DataSetupTime = 9;
SramTiming.BusTurnAroundDuration = 0;
SramTiming.CLKDivision = 16;
SramTiming.DataLatency = 17;
SramTiming.AccessMode = FMC_ACCESS_MODE_A;
hsram.Init.ContinuousClock = FMC_CONTINUOUS_CLOCK_SYNC_ASYNC;
HAL_SRAM_Init(&hsram, &SramTiming, &SramTiming);
// 开启 FMC 写保护解除（某些 STM32 默认写保护）
__HAL_FMC_NORSRAM_ENABLE(&hsram);
}
```
## 5. 完整代码示例：读写外部 SRAM
初始化后，外部 SRAM 的地址映射在 0x60000000。可以直接通过指针访问，也可以使用链接脚本定义段。
```c
#define SRAM_BASE 0x60000000U
#define SRAM_SIZE (1024U * 512U) // 假设 512KB
void SRAM_Test(void)
{
uint16_t *sram = (uint16_t *)SRAM_BASE;
uint32_t i;
uint32_t errors = 0;
// 写入 0xAA55 模式
for (i = 0; i < SRAM_SIZE / 2; i++)
{
sram[i] = 0xAA55;
}
// 读出并校验
for (i = 0; i < SRAM_SIZE / 2; i++)
{
if (sram[i] != 0xAA55)
{
errors++;
}
}
if (errors == 0)
{
// 测试通过
}
else
{
// 错误处理
}
}
```
注意：对于 16 位 SRAM，使用 `uint16_t` 指针可确保每次访问 16 位数据，地址自动递增 2 字节。若要按字节访问，请使用 `uint8_t` 指针，但 FMC 会通过 NBL 引脚自动控制高/低字节。
## 6. 注意事项
### 6.1 时序调校
不同 SRAM 速度等级不同，时序参数需仔细查阅数据手册。若时序过紧，数据采样会出错；若过松，则性能下降。推荐先用示波器观察 NOE/NWE/地址有效沿，再微调参数。
### 6.2 电压电平匹配
STM32 FMC 引脚电压必须与外部 SRAM 的 I/O 电压一致。若 SRAM 为 3.3V，STM32 选用 VDD=3.3V；若为 1.8V SRAM，需选用对应供电的 MCU 或加电平转换芯片。
### 6.3 PCB 布线
外部总线的信号完整性至关重要。数据线、地址线尽量等长，控制信号（NOE/NWE/NE）要避免过长走线，建议加串联电阻（如 22Ω）抑制过冲。电源去耦电容靠近 SRAM 电源引脚。
### 6.4 缓存一致性与 DMA
如果使用 STM32F7/H7，CPU 的 D-Cache 会导致 DMA 与 CPU 访问外部 SRAM 时数据不一致。处理方式：
- 对 SRAM 区域配置为**设备/强序模式**（Device or Strongly-ordered），关闭缓存；
- 或使用 `SCB_CleanDCache()` / `SCB_InvalidateDCache()` 手动维护一致性。
### 6.5 片选与地址重叠
确保 FMC 的多个外设（如 LCD、NOR Flash）不使用同一个 Bank 或相同片选，否则会访问冲突。
## 7. 总结
FMC 将复杂的外部存储器时序转换为简单的内存映射访问，极大简化了设计。正确配置时序参数和硬件连接后，外部 SRAM/PSRAM 可以像内部 RAM 一样使用。对于需要大容量平滑数据缓冲（如音频、LCD 帧缓冲）的应用，这是一项非常实用的技能。