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简介 

SAM E70/S70/V70/V71 单片机（MCU）系列的 SDRAM 控制器模块曾经用于支持与外部存储器件的接口，以满足更 高存储容量要求，在功能丰富的大型嵌入式应用中实现代码或数据（图形和音频等）处理。 

现在，不建议在新设计中使用 SAM E70/S70/V70/V71 MCU 上的 SDRAM，因为这些器件不再支持 SDRAM 控制器。 所有版本的 SAM E70/S70/V70/V71 器件均删除了对 SDRAM 的支持。Microchip 不保证 SDRAM 控制器的功能性， SDRAM 控制器还可能导致器件功能出现问题。 

本文档介绍的替代解决方案适用于需要更大存储器容量的应用。

引言

因为对能够支持新功能和复杂功能的应用需求不断上升，对配备更大闪存区的设备的需求也在增加。

使用外部闪存可以提供具有近似性能水平的更高存储能力，同时为增加闪存区的需求提供一种经济划算的解决方案。

这样，基于STM32F7x0 超值系列和 STM32H750 超值系列开发的设备能够以更小的内部闪存区来应对市场需求。

本文详细描述了在基于STM32超值系列开发的设备上，从外部存储器执行代码构建应用程序所需的步骤，并讲解了如何从内部闪存启动，然后跳转到片外存储器的用户程序去执行。

1 概述

本文档适用于基于 Arm®的器件。

提示：Arm 是 ArmLimited（或其子公司）在美国和/或其他地区的注册商标。

2 外部存储器代码执行概述

2.1 外部存储器代码执行原则

STM32CubeF7 v1.12.0和STM32CubeH7 v1.3.0固件包提供多个应用程序，用于演示如何从内部闪存启动以及如何配置外部存储器并跳转到用户应用程序（位于外部存储器上）。其中有两个用例，XiP和BootROM，可用于外部存储器代码执行。

(1) XiP 用例旨在从外部闪存（QSPI 或 FMC-NOR 闪存）“芯片内执行”。用户应用程序代码应链接到目标执行存储器地址（外部 QSPI 或 FMC-NOR 闪存）。

(2) BootROM用例旨在演示如何从内部闪存启动，配置外部RAM存储器（SDRAM 或 SRAM），将用户应用程序二进制文件从代码存储区域（SDCARD 或 SPI-Flash 存储器）复制到外部 SDRAM 或外部SRAM，然后跳转到用户应用程序。用户应用程序代码应链接到目标执行存储器地址（外部 SDRAM 或 SRAM）。

下表中所述的应用程序可在固件包中的\Applications\ExtMem_CodeExecution路径下获得，供下列板使用：

(1) STM32F723E-Discovery板针对STM32F730 器件
(2) STM32F756G_EVAL板针对STM32F750 器件
(3) STM32H743I_EVAL板针对STM32H750 器件

外部存储器启动应用程序负责初始化所需资源，以使外部存储器随时可用。该应用程序根据用户配置初始化所需资源（参见 第 3.3 节配置）。

外部存储器启动应用程序必须设置主堆栈指针，并将应用程序配置为在外部存储器上执行。该类型启动方案支持大小可调的用户应用程序。

外部存储器启动应用程序确保在跳到用户应用程序之前重置或释放安装阶段之后不再需要的任何资源。下图展示了该启动方案：

2.2 外部存储器启动应用程序描述

外部存储器启动应用程序包含STM32CubeF7/H7包上的一组源文件，这些定制的源文件可以匹配每个硬件平台支持的配置。

下图显示了所有受支持配置的所有文件超集示例。

3 支持的启动模型

该应用程序支持两种执行方式：

(1) 支持芯片内执行（支持 XiP）
(2) 支持 BootROM

用户必须通过修改 memory.h 头文件来选择匹配需求的配置。

3.1 支持芯片内执行（XiP）

XiP 模型基于直接从用于代码存储的外部非易失性存储器执行代码。该执行模型需要内存映射支持，以允许 CPU 直接访问代码以执行用户应用程序。XiP 模型可通过 FMC/QSPI 接口在外部 NOR/QSPI 闪存上使用。

外部存储器启动应用程序基于 memory.h 文件中的用户配置对下列易失存储器之一进行配置：SDRAM、SRAM、 PSRAM 或内部 SRAM。在该模型中，易失性存储器仅用于数据访问。

下面的流程图说明了 XiP 模型的操作流程。

3.2 支持 BootROM BootROM

模型基于从选定的易失性存储器中执行代码。当二进制数据存储在非内存映射模式的存储器（比如SDCARD）中时，该执行模型非常适合。当二进制数据存储在低吞吐量的存储器（比如 SPI-NOR（使用单线 QSPI 进行仿真））中时，此模型也适用。

外部存储器启动应用程序基于 memory.h 文件中的用户配置对下列其中两个易失存储器进行配置：SDRAM、 SRAM、PSRAM 或内部 SRAM。在该模型中，二进制数据从一个非易失性存储器复制到一个易失性存储器，然后 由外部存储器启动应用程序执行。第二个易失性存储器用于数据。
下面的流程图说明了 BootROM 模型的操作流程。

3.3 配置

用户配置由以下定义确定：

DATA_AREA：用于指定用于数据存储的易失性存储器。支持的存储器（取决于所用的板）有：

(1) USE_EXTERNAL_SDRAM：外部SDRAM用于数据存储
(2) USE_EXTERNAL_SRAM：外部SRAM用于数据存储
(3) USE_EXTERNAL_PSRAM：外部PSRAM用于数据存储
(4) USE_INTERNAL_SRAM：内部SRAM用于数据存储

CODE_AREA：用于指定用户应用程序的执行位置。该区域可以是用于BootROM 方案的易失性存储器，也可以是用于XiP方案的非易失性存储器。支持的存储器（取决于所用的硬件）有：

(1) XiP 模型：BINARY_AREA必须是未定义的：

1) USE_QSPI：QSPI Flash 用于代码执行
2) USE_NOR：FMC-NOR Flash 用于代码执行

(2) BootROM 模型：BINARY_AREA 必须已定义

1) USE_EXTERNAL_SDRAM：外部SDRAM 用于代码执行
2) USE_EXTERNAL_SRAM：外部SRAM 用于代码执行
3) USE_EXTERNAL_PSRAM：外部PSRAM 用于代码执行
4) USE_INTERNAL_SRAM：内部SRAM 用于代码执行
BINARY_AREA：仅在 BootROM模型中定义。它用于指定包含用户应用程序的二进制文件位置。根据所选配置，需要附加定义。支持的存储器（取决于所用的硬件）有：

(1) USE_SPI_NOR：SPI NOR Flash 用于二进制存储

1) BINARY_BASE_OFFSET：SPI NOR Flash中的二进制偏移
2) BINARY_SIZE：二进制图像大小

(2) USE_SDCARD：SDCard 用于二进制存储

BINARY_FILENAME：要执行的二进制文件名称

用户应确保所选存储器包含代码和数据，以至少覆盖一个适当的用户应用程序启动。然后，用户应用程序可以初始化所需的任何其他存储器。

3.4 外部存储器部件总结

下表总结了与所用板和启动模型对应的外部存储器部件编号。由于 STM32F7x0 超值系列和TM32H750 超值系列器件没有专用板，使用的板（与兼容器件）为：

(1) STM32F723E-Discovery 用于模拟 STM32F730 器件。
(2) STM32F756G_EVAL 用于模拟 STM32F750 器件。
(3) STM32H743I_EVAL 用于模拟 STM32H750 器件。

4 需要考虑的资源约束

初始化后，不再需要的任何资源（中断、正在进行的传输、未使用的引脚）都应在跳到用户应用程序之前释放。必须这样做以避免额外的功耗，并限制对用户应用程序的任何干扰。特别是对于BootROM 模型，由于不再需要用于二进制存储的外设，因此应将其重置。

用户应考虑外部存储器启动应用程序使用的资源数量，以确保外部存储器接口保持正常运行。资源约束与以下因素有关：

(1) 引脚分配和配置
(2) 接口配置（不应修改 QSPI IP 寄存器，FMC IP 寄存器即使是部分更新）
(3) 配置 RCC，以避免 IP 重置时钟，禁用和以有害的方式更新时钟频率/源。

下面的引脚分配表作为参考，实际中根据使用的板进行引脚选择是必须的。可根据可用的替代功能选择使用其他引 脚。

下表总结了应保持不变的资源。它列出了不应修改的外设（或外设的一部分），以避免外部存储不可用。不应重置 上述外设或禁用时钟，也不应以可能改变其行为的方式进行重新配置。

提示 部分要素可能会根据为所选板选择的外部存储器启动应用程序配置和平台硬件而更改。

5 外部存储器用户应用程序描述

5.1 需要的更新

外部存储器应用程序基于特定的启动方案，该方案与标准的启动方案不同，支持从片上应用到片外应用的平稳过渡。

当应用程序的位置发生变化时，用户必须进行两项更新：

(1) 确保使用所需的链接器文件，并提供与所选启动选项相对应的内存映射。
(2) 更新 VTOR 设置，以使用正确的地址。

5.2 加载和调试

STM32F723E-Discovery、STM32756G_EVAL和STM32H743I_EVAL这三种板都有面向外部非易失性内存的加载器。这些加载器在STM32CubeF7/H7中以如下形式提供：

(1) EWARM IDE 的补丁
(2) MDK-ARM IDE 的专用包

XiP 模型提供了类似于内部Flash 调试的无缝加载和调试体验。对于 SW4STM32 IDE，应使用STM32CubeProgrammer 在外部闪存上加载应用程序。

在 BootROM 模型中，应用程序被编译和链接，以便从外部易失性内存执行：

(1) External SDRAM：链接器地址 0xD0000000 用于 STM32H750 超值系列，而 0xC0000000 用于 STM32F7x0 超值系列

(2) External SRAM：链接器地址 0x68000000 用于 STM32H750 超值系列和 STM32F7x0 超值系列

然后将应用程序二进制文件存储到 SPI_NOR 闪存或 SDCARD 中。由启动应用程序将用户应用程序从存储区域复 制到执行 RAM 区域。

因此，应用程序的加载模式不能由 IDE（MDK-ARM 或 EWARM）外部存储Flash 加载器处理（因为应用程序的链 接地址和存储地址不同）。

根据 BINARY_AREA 定义（在启动应用程序的 “memory.h” 文件中指定），该模型需要使用以下两种不同的加载模式：

SPI_NOR

用户应用程序应存储在地址为0x90000000的SPI-NOR闪存中。必须使用 STM32CubeProgrammer 来完成。应用程序的输出应为二进制格式，以便能够指定一个不同的加载地址，即 SPI-Flash 地址。详细信息请参见下图。

SDCARD

用户应手动将二进制文件（构建的输出）复制到用于存储用户应用程序的 SDCARD 中，然后将 SDCARD 插入评估板。

下图显示了加载和调试的步骤：

5.3 使用 EWARM IDE 进行调试

在调试从外部存储器运行的用户应用程序时，需要特别注意EWARM IDE。EWARM 将 PC（程序计数器）的默认CPU重置值覆盖为用户应用程序中给定的值（外部执行存储器中的地址值）。

在该启动方案中，在执行外部存储器启动应用程序之前，用户应用程序 PC 地址保持不可访问（因此外部存储器已经准备好，并通过FMC 或 QSPI 映射内存）。如果EWARM 直接跳到用户应用程序的起始点，就会生成hardfault。为了避免 hardfault，用户应在调试器选项中添加“---drv_reset_to_cpu_start”命令行，如下图所示。此设置防止EWARM强制PC，并让外部存储器启动应用程序在跳到用户应用程序之前配置外部存储器。

6 性能特性

当从外部存储器执行时，由于外部闪存延迟和较长的指令/数据路径，性能会受到影响。如果使用STM32F7x0超值系列和STM32H750超值系列设备，Cortex-M7 L1-cache可以减少这种影响。

下表总结了每个 ROM / RAM 组合取得的 EEMBC® CoreMark®分数。当从内部闪存执行时，可以获得最佳性能。然而，当从外部存储器执行时，损失会显著减少。

这些数字说明了从外部存储器进行操作时对CPU性能的影响。提供内部 Flash 配置分数作为参考。

近年来随着物联网、车用电子及智慧家居等需求兴起，电源管理与微控制器（MCU）等晶片用量逐步攀升，已经排挤其他部分8吋芯片产能的投片量，根据TrendForce光电研究(WitsView)最新观察指出，晶圆代工厂相继提高8吋厂IC代工费用。

2017年12英寸硅晶圆供不应求且价格逐季调涨，随着第三季旺季需求上升，加上8吋晶圆代工短期难再大幅扩产，整体产能仍然吃紧。2018年8吋硅晶圆价格将再次上涨。

涨价浪潮对中国厂商的伤害

由于上游产能紧张及原材料价格上涨，被动元器件的涨价更是超过预期。进入2018年，电容，电阻等被动元器件价格一路走高。据相关渠道获悉，国巨，风华高科均对电阻多次提价。其中，国巨对中大尺寸后膜芯片电阻级排阻提价30%以上，风华高科对片式电阻提价10%-20%左右。在采访中，多位业内人士对记者表示，电容、电阻等被动元器件涨价将持续，涨价趋势可能将持续到年底。

另一方面，DRAM和NANDFlash的价格从2017年就开始不断上涨，随即引起内存条和固态硬盘等产品的价格大幅上涨，一年内内存条的价格增幅一度达到300%。光是两条内存装机成本就要比一年前至少增加800-1000元，SSD硬盘的价格也翻倍。

外界原本预期DRAM上游厂商会在2018年一季度下调价格，但三星、海力士已拒绝了降价的可能，三星2018年的DRAM颗粒合约价将上涨3-5%，海力士也跟进表态称将涨价5%，理由是DRAM颗粒依然供不应求。

谁将引领国产MCU未来？

在业界关注被动元器件和存储芯片价格是否会出现松动的时候，MCU等芯片涨价潮又来袭。2017年第四季度以来，全球不少MCU厂商产品交期都从4个月延长至6个月，日本MCU厂商更是拉长至9个月。从2018年上季度半导体情报数据来看，去年至今全球电子产品制造业都异常兴旺，连日本都出现多年不见的正增长，这带动芯片等电子元器件的销量。在硅晶圆产能满载、汽车电子及物联网需求的持续爆发下，MCU在2018年供应短缺局面或难以有效缓解。

芯片价格一路上涨，需求旺盛是重要原因。此外全球6成的家电产能都在中国。国内消费电子市场无论在规模还是在质量上都在不断崛起，以美的、格力为代表的家电企业，以及以华为、OPPO、VIVO为代表的手机厂商已进入全球市场前列。广阔的市场空间和本土消费电子企业的崛起为本土消费电子MCU企业提供了优越的成长环境，加上国家政策支持IC国产化的背景下，国内MCU企业将迎来高速成长。

作为国内本土MCU厂商代表中颖，HK（航顺芯片），GD（北京兆易），NUC（新唐）是否能在这一波涨价潮中脱颖而出，抢占更多的市场做好准备？另一方面，国内厂商能否最大化接受本土MCU的进入，达成本土MCU战略合作共识，减小国外MCU对国内厂商的涨价冲击呢？这也是国内厂商需要思考的问题。MCU市场的增长已经势不可挡，预估中国MCU市场将于2020年持续成长达414亿元人民币。

然而在32位MCU市场近一年来，又出一匹黑马HK（航顺），短短一年时间的市场推广，大受客户选用，根据客户使用反馈，不仅产品性能稳定，功耗更低，宽电压设计，兼容性更是完美替代进口品牌。这也是继GD32位MCU之后的又一个国内32位MCU之新星。而GD在市场多年的沉淀和耕耘，在国内一直处于领先地位，也让很多国内厂商对本土MCU品牌接受度提高。但与进口品牌相比较，本土MCU仍是弱势群体。

来源：慧聪电子网

存储器映射是指把芯片中或芯片外的FLASH，RAM，外设，BOOT,BLOCK等进行统一编址。即用地址来表示对象。
这个地址绝大多数是由厂家规定好的，用户只能用而不能改。用户只能在挂外部RAM或FLASH的情况下可进行自定义。

Cortex-M3支持4GB的存储空间，它的存储系统采用统一编址的方式; 程序存储器、数据存储器、寄存器被组织在4GB的线性地址空间内，以小端格式(little-endian)存放。由于Cortex-M3是32位的内核，因此其PC指针可以指向2^32=4G的地址空间，也就是0x0000_0000——0xFFFF_FFFF这一大块空间。见图1：

Cortex-M3内核将0x0000_0000——0xFFFF_FFFF这块4G大小的空间分成8大块：代码、SRAM、外设、外部RAM、外部设备、专用外设总线-内部、专用外设总线-外部、特定厂商（见图1）。这就导致了，使用该内核的芯片厂家必须按照这个进行各自芯片的存储器结构设计，如stm32。

不同类型的STM32单片机的SRAM大小是不一样的，但是他们的起始地址都是0x2000 0000，终止地址都是0x2000 0000+其固定的容量大小。SRAM的理解比较简单，其作用是用来存取各种动态的输入输出数据、中间计算结果以及与外部存储器交换的数据和暂存数据。设备断电后，SRAM中存储的数据就会丢失。

STM32的Flash，严格说，应该是Flash模块。三个分区的称呼与datasheet保持一致。该Flash模块包括：

Flash主存储区（Main memory）Flash：存放代码的地方，如图2中的FLASH区域：128KB（0x08000000~0x0801ffff）（不同容量的Flash终止地址不同）；

Flash信息区（Information block），该区域又可以分为Option Bytes和System Memory区域；System Memory：STM32在出厂时，已经固化了一段程序在System memory（medium-density devices的地址为：0x1FFF_F000，大小为2KB）存储器中。这段程序就是一个固定好的，并且没法修改的Boot Loader（见编程手册PM0042这种描述）。Option Bytes：可以按照用户的需要进行配置（如配置看门狗为硬件实现还是软件实现）；该区域除了互联型所用型号地址都一样：（0x1fff_f000~0x1fff_f80f）图中终止地址有误：应为0x1fff_f80f,正好16个字节。

Flash存储接口寄存器区（Flash memory interface），用于片上外设。是图2中从0x40000000开始的PERIPHERALS区域。也称作外设存储器映射，对该区域操作，就是对相应的外设进行操作。

根据STM32的内存映射图，在代码区，0x00000000地址为启动区，上电以后，CPU从这个地址开始执行代码。0x08000000是用户FLASH的起始地址，0x20000000是SRAM的起始地址。