本课讲为大家讲解CKS32F4xx系列产品的FSMC应用实例，FSMC全称是Flexible Static Memory Controller，读作灵活的静态存储控制器，顾名思义，MCU可以通过FSMC扩展静态内存，灵活则是因为支持PC卡/CF卡、SRAM、PSRAM、NOR Flash和NAND Flash等几种模式，本应用实例主要是帮助读者们学习驱动NAND Flash。注意，FSMC并不能支持如SDRAM这类型动态存储器，需要FMC功能才支持。

FSMC简介

FSMC主要框图

FSMC的主要思路是内核想访问存储器，但是存储器需要接收到特定的数据/地址/控制等信号，内核并不好操作，于是就诞生了FSMC外设，有了这个外设我们就无须自己写复杂的硬件时序，由配置好的FSMC替我们完成。根据配置的不同，FSMC可用于控制ROM、SRAM、NOR Flash、PSRAM和NAND Flash，其结构框图如图1所示。

图1 FSMC框图

从框图可以了解到，FSMC外设包含4个模块：AHB总线接口（包含配置寄存器）、NOR Flash/PSARM控制器、NAND Flash/PC 卡控制器、外部接口。

（1）内核通过AHB总线发送总线事务请求，AHB时钟（HCLK）是FSMC的参考时钟。

（2）配置寄存器按配置形成扩展外设的通信协议，驱动相应的存储器控制器，进而控制外设。

（3）两大控制器用于生成适当的时序，如NOR Flash/PSRAM控制器用于驱动8位、16位、32位的异步SRAM和ROM、异步或突发模式的NOR Flash和PSRAM；NAND/PC卡控制器用于驱动8位或16位的NAND Flash以及16位的PC卡兼容设备。

（4）不同外设共用一组地址数据总线、读写使能和输入等待线，此共用信号基本上涵盖了扩展外设读写所需要的所有信息，地址用于寻址，读写使能和输入等待线用于控制数据传输方向，并标识数据有效时间以同步数据。FSMC每次访问外设时，都会切换片选信号，如NOR Flash的NE信号，NAND Flash和PC卡的NCE信号，其余外设接口信号根据具体外设驱动方式分配。

FSMC设备地址映射

FSMC的外部设备地址映射划分在0x60000000~0x9FFFFFFF这一段存储空间内，我们可以直接以读写内存的形式访问存储设备，类似访问片上外设寄存器一样方便，如图2所示将外部存储器划分为四个存储块（Bank），每个Bank对应256M字节的空间，加起来FSMC总共管理着1G字节的空间。Bank1用于NOR Flash/PSRAM，最多可以连接4个存储器，Bank2/3可以各接入1个NAND Flash，Bank4则用于扩展PC卡兼容设备。本文主要探讨NAND Flash驱动，因此主要讨论块2、块3的相关配置。

图2 FSMC存储区域

对于NAND Flash/PC卡控制器，块2.3.4被划分为表1所示的访问空间，地址映射分通用区和特性区，块4-PC卡相比多了一个I/O空间，分别由各自的时序寄存器控制访问时序。

表1 NAND Flash/PC卡地址

对于NAND Flash，通用空间和特性空间在其低256K字节部分划分了3个区，前64K为地址区，中64K为命令区，后128K为数据区，地址范围如表2所示。访问NAND存储空间流程简单描述为：先发送命令到命令区，其次发送需要操作的地址至地址区，最后在数据区写入或读出数据，以上流程只需要在三个区内任意地址执行即可。

表2 每个存储块的低256K字节

NAND Flash/PC卡存储器控制器

FSMC内部有两个独立的控制器分别用于驱动NOR/PSRAM内存和NAND/PC卡。由于本文所涉及的例子是驱动一个8位NAND Flash（型号K9F1G08U0E），所以这里主要讲述一下NAND/PC卡控制器。

支持设备和接口

表3列出了FSMC支持的NAND设备、访问模式和总线事务，可以看到NAND Flash/PC卡控制器能够以异步方式访问8位或16位的NAND Flash，而请求AHB操作的数据宽度可以是8位、16位、32位，为了保障数据传输的一致性，FSMC遵循以下原则：

1、AHB操作的数据宽度和外部存储器宽度相同时，无传输一致性问题。

2、AHB操作的数据宽度大于外部存储器宽度，FSMC将AHB操作分割成几个连续的较小数据宽度的存储器操作，以适应外部存储器。

3、AHB操作的数据宽度小于外部存储器宽度，异步传输时不能进行写的操作，只能进行读操作，如表3灰色部分所示。

表3 支持的存储器和事务

表4列出了用于连接8位NAND Flash的接口信号，我们主要通过地址区（A17）、命令区（A16）和数据区（D[7:0]）这三个区来访问NAND Flash，注意名称前缀N表示低电平有效。

表4 8位NAND存储器接口信号

NAND Flash操作流程

以NAND Flash页读取操作流程为例，说明控制器是怎么参与操作的：

1、 根据所选8位NAND Flash的特性，配置控制寄存器FSMC_PCRx、通用区时序寄存器 FSMC_PMEMx和特性区时序寄存器FSMC_PATTx，进而配置并使能相应的存储区域

2、 根据NAND Flash命令集在通用区域的命令区执行字节写操作，将页读取的命令写入命令区，在NWE低电平时，Flash的CLE输入有效，将命令锁存。

3、 在通用区域或特性区域的地址区写入表示读操作起始地址的相应字节，在NEW低电平时，Flash的ALE输入有效，将地址锁存为读操作起始地址。

4、 借助特性存储器空间，可设置预等待功能，当写入地址结束时，控制器会等待存储器准备好，R/NB信号变为低电平后方可访问新的存储空间。

5、 在通用区域的数据区按字节读出数据完成页读取操作。

6、 后续可继续执行第五步读出数据而无需再进行命令和地址的写操作，或重新执行第三步写入新的地址，或重新执行第二步发送新的命令。

NAND Flash/PC卡寄存器

控制寄存器FSMC_PCRx

位1 PWAITE：等待特性使能位=1时，使能等待特性，注意当使能等待特性后，需配置相应等待时间，如使用读芯片忙脚作为反馈时，可关闭等待特性。

位2 PBKEN：NAND Flash/PC卡存储区域使能位=1时使能存储块功能，于FSMC_NANDcmd函数内使能。

位3 PTYP：存储器类型=1时为NAND Flash，设置0时为PC卡、PC卡等。

位5:4 PWID:数据总线宽度，用于定义外部存储器设备宽度，00时为8位，01则16位。位6 ECCEN：ECC计算逻辑使能位=1时使能ECC逻辑。

位12:9 TCLR: CLE到RE的延迟时间，从0000到1111可配置1到16个HCLK周期。

位16:13 TAR: ALE到RE的延迟时间，从0000到1111可配置1到16个HCLK周期。

位19:17 ECCPS: ECC页大小，自定义扩展ECC的页大小，000为256字节，001为512字节，最大配置101为8192字节。

通用存储器空间时序寄存器FSMC_PMEMx

位7:0 MEMSETx：通用存储器x的建立时间，定义为读写使能命令（NWE,NOE）前建立地址所需要的HCLK周期数，可设置0x00到0xFF表示2到257个周期数（NAND Flash）。

位15:8 MEMWAITx：通用存储器x的等待时间，定义为保持读写使能命令（NWE,NOE）所需要的HCLK周期数，可设置0x01到0xFF表示2到256个周期数（再加上NWAIT变低的等待时间）,0x00用于保留。

位23:16 MEMHOLDx：通用存储器x的保持时间，定义为读写禁止命令（NWE,NOE）后保持地址信号或数据信号的HCLK周期数，可设置0x01到0xFF表示1到255个周期数，0x00用于保留。

位31:24 MEMHIZx：数据总线高阻态时间，当进行写操作时，数据总线需要保持一段时间的高阻态状态，可设置0x00到0xFF表示1到256个HCLK周期数（NAND Flash）。

特性存储器空间时序寄存器FSMC_PATTx与通用寄存器一样，有同样的4个参数分别为ATTHIZx、ATTHOLDx、ATTWAITx和ATTSETx，可自行对应参考。

驱动NAND Flash示例

FSMC代码示例

（1）FSMC初始化配置：A.首先开启GPIO、FSMC、AFIO复用等三个时钟，按外接引脚配置除PD6以外所有引脚复用推挽输出，PD6忙脚作为上拉输入，然后所有脚开启FSMC复用功能。B.FSMC寄存器配置，使用外接忙脚作为应答，因此关掉等待特性，数据宽度选择8bit，使能ECC校验功能，ECC页大小为512字节，各信号时序因为外接模块，最后初始化并使能复位。

（2）进行读取NAND Flash ID号的操作，按照上一节的控制逻辑，ReadID，必须发送命令90H（H代表16进制）到命令区（命令区、地址区和数据区的地址如表2所示），接着发送0x00到地址区，最后在数据区读回32位的ID号0xECF10095。

（3）写入操作前，需要先整块擦除，命令区输入0x60，然后地址区输入要擦除的地址，再第二轮输入命令区0xD0执行擦除，函数最后返回读取当前状态的值，会持续等待设备擦除完毕或超时退出。

（4）填充TxBuffer用于写入实验，目前填充共2K的空间，刚好一个页容量。

（5）页写入TxBuffer的数据，函数的三个参数为TxBuffer、写入地址和写入页的数量，给定TxBuffer数据，写入地址为WriteReadAddr.Zone = 0x00、WriteReadAddr.Block = 0x00、WriteReadAddr.Page = 0x00，写入页数量为1。当写入页数量不为0、地址状态有效且状态已准备好时，进入循环，发送写入一次命令80H，写入列地址表示页内偏移，无偏移所以为0x00，写入行地址为当前块地址，在将Txbuffer依次连续写入数据区，完成后二次命令0x10结束写入，读NAND Flash的忙脚等待写入完成信号，等待完成后行地址递增，可进行下一个页的写入。

（6）页读取操作同页写入，命令区一次写入0x00，二次写入0x30，列地址0x00，行地址选当前页地址。二次命令写入后才读出数据给到RxBuffer。

（7）最后利用串口打印，读ID、比较TxBuffer和RxBuffer（比较前100个数据）是否一致可以看到ID识别为0xECF10095，TxBuffer和RxBuffer数据一致。

CKS32F4xx系列使用高性能的32位内核,支持浮点运算单元（FPU），同时还支持DSP指令以及存储保护（MPU）用来加强应用的安全性。

互补输出简介

互补输出只能在高级控制定时器（TIM1和TIM8）上使用，可以输出两路互补信号，包括主输出OCx和互补输出OCxN。基于比较输出一节的内容，OCx和OCxN都可以输出一定频率和占空比的PWM波形，且他们的极性是相反的，如图1所示，OCxREF是参考信号，OCx输出信号与参考信号相同，只是它的上升沿相对于参考信号的上升沿有一个延迟，OCxN输出信号与参考信号相反，只是它的上升沿相对于参考信号的下降沿有一个延迟，这个延迟时间，我们是可以通过死区寄存器配置的，本节中我们可以设置为0。

图1 带死区插入的互补输出

图2捕获比较通道的输出阶段

如图3所示，因为互补输出多用于PWM控制电机的项目中，所以紧急情况下的刹车控制是必不可少的，OSSR的含义是运行模式下的关闭状态选择，OSSI的含义是空闲模式下的关闭状态选择，MOE的含义是主输出使能，一般的应用模式为，当短路输入为有效状态，MOE又硬件异步清零，OSSI设置为0，禁止OC\OCN输出，OSI1\OSI1N设置为0，OC1\OC1N输出为0，达到紧急刹车的目的。

图3 控制位和输出状态

配置步骤

互补输出实际跟比较输出章节一样使用的是定时器的功能，所以相关的函数设置同样在库函数文件CKS32f4xx_tim.h和CKS32f4xx_tim.c文件中。

1）开启TIM1和GPIO时钟，配置PA7、PA8选择复用功能GPIO_AF_TIM1输出。

要使用TIM1，我们必须先开启TIM1的时钟，这点相信大家看了这么多代码，应该明白了。这里我们还要配置PA7、PA8为复用（GPIO_AF_TIM1）输出，才可以实现TIM1_CH1的互补PWM经过PA7、PA8输出。库函数使能TIM1时钟的方法是：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE); //>>TIM1 时钟使能

这在前面章节已经提到过。当然，这里我们还要使能GPIOA的时钟。然后我们要配置PA7引脚映射至GPIO_AF_TIM1，复用为定时器1，调用的函数为：

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM1); //>>GPIOA7 复用为定时器1

配置PA8引脚映射至GPIO_AF_TIM1，复用为定时器1，调用的函数为：

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM1); //>>GPIOA8 复用为定时器1

这个方法跟我们串口实验讲解一样，调用的同一个函数,最后设置PA7为复用功能输出这里我们只列出GPIO初始化为复用功能的一行代码：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //>>复用功能

这里还需要说明一下，对于定时器通道的引脚关系，大家可以查看CKS32F4对应的数据手册，比如我们PWM实验，我们使用的是定时器1的通道1，对应的引脚PA7可以从数据手册表中查看：

2）初始化TIM1,设置TIM1的ARR和PSC等参数。

在开启了TIM1的时钟之后，我们要设置ARR和PSC两个寄存器的值来控制输出PWM的周期。这在库函数是通过TIM_TimeBaseInit函数实现的，在上一节定时器中断章节我们已经有讲解，这里就不详细讲解，调用的格式为：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置自动重装载值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化 TIMx

3）设置TIM1_CH1的PWM模式，使能TIM1的CH1输出。

设置TIM1_CH1为PWM模式（默认是冻结的）通过配置TIM1_CCMR1的相关位来控制TIM1_CH1的模式。在库函数中，PWM通道设置是通过函数TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()来设置的，不同的通道的设置函数不一样，这里我们使用的是通道1，所以使用的函数是TIM_OC1Init()。

Void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)；

这种初始化格式大家学到这里应该也熟悉了，所以我们直接来看看结构体TIM_OCInitTypeDef的定义：

typedef struct
{
    uint16_t TIM_OCMode;
    uint16_t TIM_OutputState;
    uint16_t TIM_OutputNState; */
    uint16_t TIM_Pulse;
    uint16_t TIM_OCPolarity;
    uint16_t TIM_OCNPolarity;
    uint16_t TIM_OCIdleState;
    uint16_t TIM_OCNIdleState;
} 
TIM_OCInitTypeDef;

这里我们讲解一下与我们要求相关的几个成员变量：

参数TIM_OCMode设置模式是PWM还是输出比较，这里我们是PWM模式。

参数TIM_OutputState\OutputNState用来设置比较输出使能，也就是使能PWM输出到端口。参数TIM_OCPolarity\OCNPolarity用来设置极性是高还是低。参数TIM_OCIdleState和TIM_OCNIdleState用来设置空闲时的输出状态。

要实现我们上面提到的场景，方法是：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //>>选择模式 PWM
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //>>比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Enable; //>>比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High; //>>输出极性高
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //>>输出极性低
TIM_OCInitStructure. TIM_OCIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>当MOE=0重置输出空闲状态
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>当MOE=0重置输出空闲状态
TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse=100;//待装入捕获比较寄存器的脉冲值
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //>>根据指定的参数初始化外设
TIM1 OC1 TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR上的预装载寄存器

4）使能 TIM1。

在完成以上设置了之后，我们不开启刹车功能，并使能TIM1,使能TIM1的方法前面已经讲解过：

TIM_BDTRStructure.TIM_AutomaticOutput=TIM_AutomaticOutput_Enable;//自动输出功能使能
TIM_BDTRStructure.TIM_Break=TIM_Break_Disable;//失能刹车输入
TIM_BDTRStructure.TIM_BreakPolarity=TIM_BreakPolarity_High; //刹车输入管脚极性高
TIM_BDTRStructure.TIM_DeadTime=0; //输出打开和关闭状态之间的延时
TIM_BDTRStructure.TIM_LOCKLevel=TIM_LOCKLevel_OFF;// 锁电平参数: 不锁任何位
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSIState=TIM_OSSIState_Disable; //设置在运行模式下非工作状态选项
TIM_BDTRStructure.TIM_OSSRState=TIM_OSSRState_Disable; //设置在运行模式下非工作状态选项
TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE); //使能TIM1在ARR上的预装载寄存器
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);   //PWM使能主输出MOE=1
TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);   //打开TIM1

5）修改TIM1_CCR1来控制占空比。

最后，在经过以上设置之后，PWM其实已经开始输出了，只是其占空比和频率都是固定的，而我们通过修改TIM1_CCR1则可以控制CH1的输出占空比。在库函数中，修改TIM1_CCR1占空比的函数是：

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare2)；

理所当然，对于其他通道，分别有一个函数名字，函数格式为：

TIM_SetComparex(x=1,2,3,4)

通过以上5个步骤，我们就可以控制TIM1的CH1输出互补PWM波了。

3代码示例

添加PWM配置文件pwm.c和pwm.h。

pwm.c源文件代码如下：

//>>TIM1 PWM 部分初始化
//>>PWM 输出初始化
//>>arr：自动重装值 psc：时钟预分频数
void TIM1_PWM_Init(u32 arr,u32 psc)
{
    PIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);//TIM1 时钟使能
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); //使能 PORTA 时钟
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM1); //PA7 复用为 TIM1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM1); //PA8 复用为 TIM1
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8; //GPIOF9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //速度 100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化 PA7\PA8
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; //定时器分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; //自动重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化定时器 1
    //初始化  TIM1 Channel1 互补PWM 模式
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //>>选择模式 PWM
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //>>比较输出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputState_Enable; //>>比较输出使能
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCPolarity_High; //>>输出极性低
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //>>输出极性低
    TIM_OCInitStructure. TIM_OCIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>当MOE=0重置输出空闲状态
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCNIdleState_Reset; //>>当MOE=0重置输出空闲状态
    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //>>根据指定的参数初始化外设TIM1 OC1 
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM1,TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR上的预装载寄存器
    TIM_BDTRStructure.TIM_AutomaticOutput=TIM_AutomaticOutput_Enable;//自动输出功能使能  
    TIM_BDTRStructure.TIM_Break=TIM_Break_Disable;//失能刹车输入
    TIM_BDTRStructure.TIM_BreakPolarity=TIM_BreakPolarity_High; //刹车输入管脚极性高
    TIM_BDTRStructure.TIM_DeadTime=0; //输出打开和关闭状态之间的延时
    TIM_BDTRStructure.TIM_LOCKLevel=TIM_LOCKLevel_OFF;// 锁电平参数: 不锁任何位
    TIM_BDTRStructure.TIM_OSSIState=TIM_OSSIState_Disable; //设置在运行模式下非工作状态选项
    TIM_BDTRStructure.TIM_OSSRState=TIM_OSSRState_Disable; //设置在运行模式下非工作状态选项
    TIM_BDTRConfig(TIM1,&TIM_BDTRStructure);
    TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE); //使能TIM1在ARR上的预装载寄存器
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);   //PWM使能主输出MOE=1
    TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);              //打开TIM1
    TIM_SetCompare1(TIM1,300); //>>设置pwm的占空比为300/500 = 60%
}

此部分代码包含了上面介绍的PWM输出设置的前5个步骤。这里我们关于TIM1的设置就不再说了。接下来，我们看看主程序里面的main函数如下：

int main(void)
{ 
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//>>设置系统中断优先级分组 2
    delay_init(168); //>>初始化延时函数
    TIM1_PWM_Init(500-1,84-1); //>>定时器时钟为 84M，分频系数为 84，所以计数频率
    //>> 84M/84=1Mhz,重装载值500，所以PWM频率为1M/500=2Khz.
    while(1) {}
}

这里，我们先设置好了NVIC终端优先级，然后初始化延时函数和timer，在timer的初始化参数中我们把PWM的频率设置成2K,将占空比设置成60%，完成PWM输出设置。

很多单片机系统都需要大容量存储设备，以存储数据。目前常用的有U盘，FLASH芯片，SD卡等。他们各有优点，综合比较，最适合单片机系统的莫过于SD卡了，它不仅容量可以做到很大（32GB以上），支持SPI/SDIO驱动，而且有多种体积的尺寸可供选择（标准的SD卡尺寸，以及TF卡尺寸等），能满足不同应用的要求。

CKS32F4xx系列的SDIO控制器支持多媒体卡（MMC卡）、SD存储卡、SD I/O卡和CE-ATA设备等。SDIO的主要功能如下：

1. 与多媒体卡系统规格书版本4.2全兼容。支持三种不同的数据总线模式：1位(默认)、4位和8位。

2. 与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容(向前兼容)。

3. 与SD存储卡规格版本2.0全兼容。

4. 与SD I/O卡规格版本2.0全兼容：支持良种不同的数据总线模式：1位(默认)和4位。

5. 完全支持CE-ATA功能(与CE-ATA数字协议版本1.1全兼容)。8位总线模式下数据传输速率可达48MHz（分频器旁路时）。

数据和命令输出使能信号，用于控制外部双向驱动器。

SDIO主要功能及框图

CKS32F4xx系列的SDIO控制器包含2个部分：SDIO适配器模块和APB2总线接口，其功能框图如下：

图1 CKS32F4xx系列SDIO控制器功能框图

复位后默认情况下SDIO_D0用于数据传输。初始化后主机可以改变数据总线的宽度（通过ACMD6命令设置）。

如果一个多媒体卡接到了总线上，则SDIO_D0、SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于数据传输。MMC版本V3.31和之前版本的协议只支持1位数据线，所以只能用SDIO_D0（为了通用性考虑，在程序里面我们只要检测到是MMC卡就设置为1位总线数据）。

如果一个SD或SD I/O卡接到了总线上，可以通过主机配置数据传输使用SDIO_D0或SDIO_D[3:0]。所有的数据线都工作在推挽模式。

SDIO_CMD有两种操作模式：

①用于初始化时的开路模式(仅用于MMC版本V3.31或之前版本)

②用于命令传输的推挽模式(SD/SD I/O卡和MMC V4.2在初始化时也使用推挽驱动)

SDIO时钟

SDIO总共有3个时钟：

1. 卡时钟（SDIO_CK）：每个时钟周期在命令和数据线上传输1位命令或数据。对于多媒体卡V3.31协议，时钟频率可以在0MHz至20MHz间变化；对于多媒体卡V4.0/4.2协议，时钟频率可以在0MHz至48MHz间变化；对于SD或SD I/O卡，时钟频率可以在0MHz至25MHz间变化。

2. SDIO适配器时钟（SDIOCLK）：该时钟用于驱动SDIO适配器，来自PLL48CK，一般为48Mhz，并用于产生SDIO_CK时钟。

3. APB2总线接口时钟（PCLK2）：该时钟用于驱动SDIO的APB2总线接口，其频率为HCLK/2，一般为84Mhz。

我们的SD卡时钟（SDIO_CK），根据卡的不同，可能有好几个区间，这就涉及到时钟频率的设置，SDIO_CK与SDIOCLK的关系（时钟分频器不旁路时）为：

SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV)

其中，SDIOCLK为PLL48CK，一般是48Mhz，而CLKDIV则是分配系数，可以通过SDIO的SDIO_CLKCR寄存器进行设置（确保SDIO_CK不超过卡的最大操作频率）。注意，以上公式，是时钟分频器不旁路时的计算公式，当时钟分频器旁路时，SDIO_CK直接等于 SDIOCLK。

这里要提醒大家，在SD卡刚刚初始化的时候，其时钟频率（SDIO_CK）是不能超过400Khz的，否则可能无法完成初始化。在初始化以后，就可以设置时钟频率到最大了（但不可超过SD卡的最大操作时钟频率）。

SDIO命令与响应

SDIO的命令分为应用相关命令（ACMD）和通用命令（CMD）两部分，应用相关命令（ACMD）的发送，必须先发送通用命令（CMD55），然后才能发送应用相关命令（ACMD）。SDIO的所有命令和响应都是通过SDIO_CMD引脚传输的，任何命令的长度都是固定为48位，SDIO的命令格式如表1所示：

表1 SDIO命令格式

所有的命令都是由MCU发出，其中开始位、传输位、CRC7和结束位由SDIO硬件控制，我们需要设置的就只有命令索引和参数部分。其中命令索引（如CMD0，CMD1）在SDIO_CMD寄存器里面设置，命令参数则由寄存器SDIO_ARG设置。

一般情况下，选中的SD卡在接收到命令之后，都会回复一个应答（CMD0是无应答），这个应答我们称之为响应，响应也是在CMD线上串行传输的。CKS32F4xx系列的SDIO控制器支持2种响应类型，即：短响应（48位）和长响应（136位），这两种响应类型都带CRC错误检测（不带CRC的响应应忽略CRC错误标志，如CMD1响应）。

表2 短响应格式

表3 长响应的格式

同样，硬件为我们滤除了开始位、传输位、CRC7以及结束位等信息，对于短响应，命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器，参数则存放在SDIO_RESP1寄存器里面。对于长响应，则仅留CID/CSD位域，存放在SDIO_RESP1~SDIO_RESP4等4个寄存器。SD存储卡总共有5类响应（R1、R2、R3、R6、R7），我们这里以R1为例简单介绍一下。R1（普通响应命令）响应输入短响应，其长度为48位，R1响应的格式如表4所示：

表4 R1响应格式

在收到R1响应后，我们可以从SDIO_RESPCMD寄存器和SDIO_RESP1寄存器分别读出命令索引和卡状态信息。关于其他响应的介绍，请大家参考SD卡2.0协议。

最后，我们看看数据在SDIO控制器与SD卡之间的传输。对于SDI/SDIO存储器，数据是以数据块的形式传输的，而对于MMC卡，数据是以数据块或者数据流的形式传输。本节我们只考虑数据块形式的数据传输。

图2 SDIO（多个）块读取操作

从上图，我们可以看出，从机在收到主机相关命令后，开始发送数据块给主机，所有数据块都带有CRC校验值（CRC由SDIO硬件自动处理），单个数据块读的时候，在收到1个数据块以后即可以停止了，不需要发送停止命令（CMD12）。但是多块数据读的时候，SD卡将一直发送数据给主机，直到接到主机发送的STOP命令（CMD12）。

图3 SDIO（多个）块写入操作

数据块写操作同数据块读操作基本类似，只是数据块写的时候，多了一个繁忙判断，新的数据块必须在SD卡非繁忙的时候发送。这里的繁忙信号由SD卡拉低SDIO_D0，以表示繁忙，SDIO硬件自动控制，不需要我们软件处理。

SD卡初始化流程

要实现SDIO驱动SD卡，最重要的步骤就是SD卡的初始化，只要SD卡初始化完成，那么剩下的读写操作就简单了，所以我们这里重点介绍SD卡的初始化。从SD卡2.0协议中，我们得到SD卡初始化流程图如图4所示：

图4 SD卡初始化流程

从图中，我们看到，不管什么卡（这里我们将卡分为4类：SD2.0高容量卡（SDHC，最大32G），SD2.0标准容量卡（SDSC，最大2G），SD1.x卡和MMC卡），首先我们要执行的是卡上电（需要设置SDIO_POWER[1:0]=11），上电后发送CMD0，对卡进行软复位，之后发送CMD8命令，用于区分SD卡2.0，只有2.0及以后的卡才支持CMD8命令，MMC卡和V1.x的卡，是不支持该命令的。

在发送CMD8后，发送ACMD41（注意发送ACMD41之前要先发送CMD55），来进一步确认卡的操作电压范围，并通过HCS位来告诉SD卡，主机是不是支持高容量卡（SDHC）。

对于支持CMD8指令的卡，主机通过ACMD41的参数设置HCS位为1，来告诉SD卡主机支SDHC卡，如果设置为0，则表示主机不支持SDHC卡，SDHC卡如果接收到HCS为0，则永远不会反回卡就绪状态。对于不支持CMD8的卡，HCS位设置为0即可。

SD卡在接收到ACMD41后，返回OCR寄存器内容，如果是2.0的卡，主机可以通过判断OCR的CCS位来判断是SDHC还是SDSC；如果是1.x的卡，则忽略该位。OCR寄存器的最后一个位用于告诉主机SD卡是否上电完成，如果上电完成，该位将会被置 1。

对于MMC卡，则不支持ACMD41，不响应CMD55，对MMC卡，我们只需要在发送CMD0后，再发送CMD1（作用同ACMD41），检查MMC卡的OCR寄存器，实现MMC卡的初始化。至此，我们便实现了对SD卡的类型区分,最后发送CMD2和CMD3命令，用于获得卡CID寄存器数据和卡相对地址（RCA）。

SD卡在收到CMD2后，将返回R2长响应（136位），其中包含128位有效数据（CID寄存器内容），存放在SDIO_RESP1~4等4个寄存器里面。通过读取这四个寄存器，就可以获得SD卡的CID信息。

CMD3用于设置卡相对地址（RCA，必须为非0），对于SD卡（非MMC卡），在收到CMD3后，将返回一个新的RCA给主机，方便主机寻址。RCA的存在允许一个SDIO接口挂多个SD卡，通过RCA来区分主机要操作的是哪个卡。而对于MMC卡，则不是由SD卡自动返回RCA，而是主机主动设置MMC卡的RCA，即通过CMD3带参数（高16位用于RCA设置），实现RCA设置。同样MMC卡也支持一个SDIO接口挂多个MMC卡，不同于SD卡的是所有的RCA都是由主机主动设置的，而SD卡的RCA则是SD卡发给主机的。

在获得卡RCA之后，我们便可以发送CMD9（带RCA参数），获得SD卡的CSD寄存器内容，从CSD寄存器，我们可以得到SD卡的容量和扇区大小等十分重要的信息。CSD寄存器我们在这里就不详细介绍了，关于CSD寄存器的详细介绍，请大家参考SD卡2.0协议。

至此，我们的SD卡初始化基本就结束了，最后通过CMD7命令，选中我们要操作的SD卡，即可开始对SD卡的读写操作了。

12位ADC是逐次趋近型模数转换器，它具有多达19个复用通道，可测量来自16个外部源、2个内部源（温度传感器、VREF）和VBAT通道的信号。这些通道的A/D转换可在单次、连续、扫描或不连续采样模式下进行，并将ADC的结果存储在一个左对齐或右对齐的16位数据寄存器中。

除此之外，ADC还具有模拟看门狗特性，允许应用检测输入电压是否超过了用户自定义的阈值上限/下限。

ADC主要特性

·可配置12位、10位、8位或6位分辨率

·转换结束、注入转换结束以及发生模拟看门狗或溢出事件时产生中断

    ·单次和连续转换模式

·用于自动将通道0转换为通道“n”的扫描模式

·数据对齐以保持内置数据一致性

·可独立设置各通道采样时间

·外部触发器选项，可为规则转换和注入转换配置极性

·不连续采样模式

·双重/三重模式（具有2个或更多ADC的器件提供）

·双重/三重ADC模式下可配置的DMA数据存储

·双重/三重交替模式下可配置的转换间延迟

·ADC转换类型（参见数据手册）

·ADC电源要求：全速运行时为2.4V到3.6V，慢速运行时为1.8V

·ADC输入范围：VREF≤VIN≤VREF+

·规则通道转换期间可产生DMA请求

图1.ADC框图

注意：V_REF-如果可用（取决于封装），则必须将其连接到VSSA。

ADC功能说明

1.ADC开关控制    

ADC的开关控制可通过将ADC_CR2寄存器中的ADON位置1来为ADC供电。首次将ADON位置1时，会将ADC从掉电模式中唤醒，在SWSTART或JSWSTART位置1时，启动AD转换，然后可通过将ADON位清零，用于停止转换并使ADC进入掉电模式。在此模式下，ADC几乎不耗电（只有几μA）。

2.ADC时钟    

ADC具有两个时钟方案：    

①用于模拟电路的时钟：ADCCLK，所有ADC共用此时钟，时钟来源于经可编程预分频器分频的APB2时钟，该预分频器允许ADC在fPCLK2/2、/4、/6或/8下工作，有关ADCCLK的最大值，请参见数据手册。

②用于数字接口的时钟（用于寄存器读/写访问）
此时钟等效于APB2时钟，即可通过RCC APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)分别为每个ADC使能/禁止数字接口时钟。

3.通道选择

对于CKS32F4XX器件，温度传感器内部连接到通道ADC1_IN16，内部参考电压VREFINT连接到ADC1_IN17。

注意：温度传感器、VREFINT和VBAT通道只在主ADC1外设上可用

4.单次转换模式

在单次转换模式下，ADC执行一次转换，且CONT位为0时，可通过以下方式启动此模式：

·将ADC_CR2寄存器中的SWSTART位置1（仅适用于规则通道）；

·将JSWSTART位置1（适用于注入通道）；

·外部触发（适用于规则通道或注入通道）；

完成所选通道的转换之后：

·如果转换了规则通道：

-转换数据存储在16位ADC_DR寄存器中；

-EOC（转换结束）标志置1；

-EOCIE位置1时将产生中断；

·如果转换了注入通道：

-转换数据存储在16位ADC_JDR1寄存器中；

-JEOC（注入转换结束）标志置1；

-JEOCIE位置1时将产生中断；

完成以上步骤之后，停止ADC。

5.时序图

ADC在开始精确转换之前需要一段稳定时间tSTAB，并且在ADC开始转换经过15个时钟周期后，EOC标志将置1，最后将转换结果存放在16位ADC数据寄存器中，时序如图2所示。

图2.时序图

数据对齐

    DC_CR2寄存器中的ALIGN位用于选择转换后存储的数据的对齐方式，在ADC配置时可根据需求选择左对齐和右对齐两种方式，如图3和图4所示。

图3.12位数据的右对齐

图4.12位数据的左对齐

需注意的是，注入通道组的转换数据将减去 ADC_JOFRx寄存器中写入的用户自定义偏移量，因此结果可以是一个负值，图中的SEXT位表示扩展符号值。

对于规则组中的通道，不会减去任何偏移量，因此只有十二个位有效。

可独立设置各通道采样时间

ADC会在数个ADCCLK周期内对输入电压进行采样，在进行配置时，可通过修改ADC_SMPR1和ADC_SMPR2寄存器中的SMP[2:0]位来更改相应的周期数，对于ADC的多个通道而言，每个通道均可以使用不同的采样时间进行采样。
总转换时间的计算公式如下：

Tconv=采样时间+12个周期

示例：

ADCCLK=30MHz且采样时间=3个周期时：
Tconv=3+12=15个周期=0.5μs（APB2为60MHz时）

温度传感器

CKS32有一个内部的温度传感器，温度传感器可用于测量器件的环境温度(TA)。该温度传感器内部连接到ADC1_IN16通道，ADC1用于将传感器输出电压转换为数字值，图5显示了温度传感器框图，当不使用时，可将传感器置于掉电模式。
注意：必须将TSVREFE位置1才能同时对两个通道进行转换。ADC1_IN16（温度传感器）和ADC1_IN17(VREFINT)。
主要特性：

·支持的温度范围：-40°C到125°C

·精度：±1.5°C

图5.温度传感器与Vrefint通道框图

V_SENSE是连接到ADC1_IN16的输入:

CKS32内部温度传感器的使用较为简单，只要设置一下内部ADC，并激活其内部通道即可。关于ADC的设置，在之前的章节已经进行了详细的介绍，本章节仅做简要讲解，接下来介绍一下如何读取内部温度传感器采集到的温度。

读取温度,要使用传感器，请执行以下操作：

1) 选择ADC1_IN16输入通道；

2) 选择一个采样时间，该采样时间要大于数据手册中所指定的最低采样时间；

3) 在ADC_CCR寄存器中将TSVREFE位置1，以便将温度传感器从掉电模式中唤醒；

4) 通过将SWSTART位置1（或通过外部触发）开始ADC转换；

5) 读取ADC数据寄存器中生成的V_SENSE数据；

6) 使用以下公式计算温度：温度（单位为°C）={(V_SENSE-V₂₅)/Avg_Slope}+25

其中：

-V₂₅=25°C时的V_SENSE值

-Avg_Slope=温度与V_SENSE曲线的平均斜率（以mV/°C或μV/°C表示）

有关V₂₅和Avg_Slope实际值的相关信息，请参见数据手册中的电气特性一节。

注意：传感器从掉电模式中唤醒需要一个启动时间，启动时间过后其才能正确输出V_SENSE。ADC在上电后同样需要一个启动时间，因此，为尽可能减少延迟间，应同时将ADON和TSVREFE位置1。

温度传感器的输出电压随温度线性变化。由于工艺不同，该线性函数的偏移量取决于各个芯片（芯片之间的温度变化可达45°C）。    

内部温度传感器更适用于对温度变量而非绝对温度进行测量的应用情况。如果需要读取精确温度，则应使用外部温度传感器。    

通过以上讲解，即可总结一下CKS32内部温度传感器使用的步骤了，如下：

1）设置ADC，开启内部温度传感器    

关于如何设置ADC，之前已经介绍了，我们采用与常规ADC配置相似的设置。不同的是之前温度传感器读取外部通道的值，而内部温度传感器相当于把通道端口连接在内部温度传感器上，所以这里，我们要开启内部温度传感器功能：

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

2）读取通道16的AD值，计算结果    

在设置完之后，即可读取温度传感器的电压值了，得到该值后，利用上面的公式计算温度值。如文中所述，可知ADC通道与GPIO的对应关系，内部温度传感器是通过对应ADC通道16，其它的跟上一节的讲解是一样的。

软件设计

打开内部温度传感器实验工程，即可看到adc.c与adc.h文件。函数的作用跟之前ADC实验基本是一样的。不同的是在adc_Init函数中设置为开启内部温度传感器模式，代码如下：

voidadc_Init(void)
{
    ADC_CommonInitTypeDefADC_CommonInitStructure;
    ADC_InitTypeDef       ADC_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,DISABLE); 
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay=ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled; 
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;
    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
    ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge=ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
}

这部分代码与之前的ADC测试代码类似，仅去掉外部IO初始化。

我们还在adc.c里面添加了Get_Temprate函数，用来获取温度值，也就是把采集到的电压根据计算公式转换为温度值，Get_Temprate函数代码如下：

short Get_Temprate(void)
{
    u32 adcx;  
    double temperate;
    ADC_SoftwareStartConv(ADC1);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//µÈ´ýת»»½áÊø
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_480Cycles );
    adcx = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    temperate=(float)adcx*(3.3/4096);
    temperate=(temperate-0.76)/0.0025 + 25;
    printf("温度：%f ℃\r\n",temperate);
}

接下来我们就可以开始读取温度传感器的电压了。在main.c文件里面我们的main函数代码如下：

int main(void)
{
    u8 len,t;
    u16 parse_num;
    float temp,temperate;
    delay_init(168);      
    uart_init(115200);
    adc_Init();
    while(1)
    {
        Get_Temprate();
        printf("\r\n\r\n");
        delay_ms(500);
    }
}

这里同上一章的主函数也大同小异，上面的代码将温度传感器得到的电压值，换算成温度值，下载后通过串口打印结果进行验证。

以上即为ADC内部温度传感器的实验内容。