用STM32上的FSMC來開發LCD

技術小白

在STM32上開發LCD顯示，可以有兩種方式來對LCD進行操作，一種是通過普通的IO口，連接LCM的相應引腳來進行操作，第2種是通過FSMC來進行操作。

1. LCD/LCM的基本概念

液晶顯示器(Liquid Crystal Display: LCD)的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。

LCM(LCD Module)即LCD顯示模組、液晶模塊，是指將液晶顯示器件，連接件，控制與驅動等外圍電路，PCB電路板，背光源，結構件等裝配在一起的組件。

在平時的學習開發中，我們一般使用的是LCM，帶有驅動IC和LCD屏幕等多個模塊。

2.存儲器的概念

存儲器（Memory）是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備。其概念很廣，有很多層次，在數字系統中，只要能保存二進制數據的都可以是存儲器；在集成 電路中，一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器，如RAM、FIFO等；在系統中，具有實物形式的存儲設備也叫存儲器，如內存條、TF卡等。計 算機中全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指 定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器（內存）和輔助存儲器（外 存）,也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光盤等，能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來存放當前正在執行的數據和 程序，但僅用于暫時存放程序和數據，關閉電源或斷電，數據會丟失。

以存儲體（大量存儲單元組成的陣列）為核心，加上必要的地址譯碼、讀寫控制電路，即為存儲集成電路；再加上必要的I/O接口和一些額外的電路如存取策略管 理，則形成存儲芯片，比如手機中常用的存儲芯片。得益于新的IC制造或芯片封裝工藝，現在已經有能力把DRAM和FLASH存儲單元集成在單芯片里。存儲 芯片再與控制芯片（負責復雜的存取控制、存儲管理、加密、與其他器件的配合等）及時鐘、電源等必要的組件集成在電路板上構成整機，就是一個存儲產品，如U 盤。從存儲單元（晶體管陣列）到存儲集成電路再到存儲設備，都是為了實現信息的存儲，區別是層次的不同。

3.FSMC的概念

FSMC(Flexible Static Memory Controller，可變靜態存儲控制器)是STM32系列中內部集成256 KB以上FlaSh，后綴為xC、xD和xE的高存儲密度微控制器特有的存儲控制機制。之所以稱為“可變”，是由于通過對特殊功能寄存器的設置，FSMC能夠根據不同的外部存儲器類型，發出相應的數據/地址/控制信號類型以匹配信號的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應用各種不同類型、不同速度的外部靜態存儲器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時擴展多種不同類型的靜態存儲器，滿足系統設計對存儲容量、產品體積以及成本的綜合要求。

FSMC技術優勢

①支持多種靜態存儲器類型。STM32通過FSMC可以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲器的引腳直接相連。

②支持豐富的存儲操作方法。FSMC不僅支持多種數據寬度的異步讀/寫操作，而且支持對NOR/PSRAM/NAND存儲器的同步突發訪問方式。

③支持同時擴展多種存儲器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨立的，可用于擴展不同類型的存儲器。當系統中擴展和使用多個外部存儲器時，FSMC會通過總線懸空延遲時間參數的設置，防止各存儲器對總線的訪問沖突。

④支持更為廣泛的存儲器型號。通過對FSMC的時間參數設置，擴大了系統中可用存儲器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲芯片選擇空間。

⑤支持代碼從FSMC擴展的外部存儲器中直接運行，而不需要首先調入內部SRAM。

FSMC內部結構

FSMC包含兩類控制器：
1. 1個NOR閃存/SRAM控制器，可以與NOR閃存、SRAM和PSRAM存儲器接口。
2. 1個NAND閃存/PC卡控制器，可以與NAND閃存、PC卡，CF卡和CF+存儲器接口。

STM32微控制器之所以能夠支持NOR Flash和NAND Flash這兩類訪問方式完全不同的存儲器擴展，是因為FSMC內部實際包括NOR Flash和NAND/PC Card兩個控制器，分別支持兩種截然不同的存儲器訪問方式。在STM32內部，FSMC的一端通過內部高速總線AHB連接到內核Cortex－M3，另一端則是面向擴展存儲器的外部總線。內核對外部存儲器的訪問信號發送到AHB總線后，經過FSMC轉換為符合外部存儲器通信規約的信號，送到外部存儲器的相應引腳，實現內核與外部存儲器之間的數據交互。FSMC起到橋梁作用，既能夠進行信號類型的轉換，又能夠進行信號寬度和時序的調整，屏蔽掉不同存儲類型的差異，使之對內核而言沒有區別。

FSMC映射地址空間

FSMC管理1 GB的映射地址空間。該空間劃分為4個大小為256 MB的BANK，每個BANK又劃分為4個64 MB的子BANK，如表1所列。FSMC的2個控制器管理的映射地址空間不同。NOR Flash控制器管理第1個BANK，NAND/PC Card控制器管理第2～4個BANK。由于兩個控制器管理的存儲器類型不同，擴展時應根據選用的存儲設備類型確定其映射位置。其中，BANK1的4個子BANK擁有獨立的片選線和控制寄存器，可分別擴展一個獨立的存儲設備，而BANK2～BANK4只有一組控制寄存器。

FSMC 包括4個模塊：
(1)AHB接口（包括FSMC配置寄存器）
(2)NOR閃存和PSRAM控制器（驅動LCD的時候LCD就好像一個PSRAM的里面只有2個16位的存儲空間，一個是DATA RAM 一個是CMD RAM）
(3)NAND閃存和PC卡控制器
(4)外部設備接口

小結：FSMC是一種用于為STM32擴展外部存儲器的控制器，它是一種控制器！

1.FSMC控制器，包括AHB接口及兩個控制器，NOR Flash和NAND/PC Card兩個控制器
2.FSMC分為4個BANK，其中NOR Flash（BANK1）,NAND/PC Card(BANK2-4)

FSMC管理1 GB的映射地址空間，每個BANK256MB，每個BANK分4子
BANK，64MB，地址分別是。。。

控制器產生所有驅動這些存儲器的信號時序：
1. 16位數據線，用于連接8位或16位的存儲器；
2. 26位地址線，最多可連續64MB的存儲器（這里不包括片選線）；
3. 5位獨立的片選信號線；
4. 1組適合不同類型存儲器的控制信號線；

控制讀/寫操作

- 與存儲器通信，提供就緒/繁忙信號和中斷信號
- 與所用配置的PC卡接口：PC存儲卡、PC I/O卡和真正的IDE接口
從FSMC的角度看，可以把外部存儲器劃分為固定大小為256MB的4個存儲塊
· 存儲塊1用于訪問最多4個NOR閃存或者PSRAM存儲設備。這個存儲區被劃分為4個NOR/PSRAM區，并有4個專用的片選。
· 存儲塊2和3用于訪問NAND閃存設備，每個存儲塊連接一個NAND閃存。
· 存儲塊4用于訪問PC卡設備

每一個存儲塊上的存儲器類型是由用戶在配置寄存器中定義的。

注意：FSMC只是提供了一個控制器，并不提供相應的存儲設備，至于外設接的是什么設備，完全是由用戶自己選擇，只要能用于FSMC控制，就可以，像本次實驗中，我們接的就是LCM。

FSMC對外部設備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結束，共分4個地址塊，每個地址塊256M字節。可以看出，每個地址塊又分為4個分地址塊，大小64M。對NOR的地址映像來說，我們可以通過選 擇HADDR[27:26]來確定當前使用的是哪個64M的分地址塊，如下頁表格。而這四個分存儲塊的片選，則使用NE[4:1]來選擇。數據線/地址線 /控制線是共享的。

NE1 ->Bank1 NE2->Bank2NE3->Bank3NE4->Bank4
若 NE1 連接， 則
每小塊NOR/PSRAM 64M
第一塊:6000 0000h--63ff ffffh (DATA長度為8位情況下,由地址線FSMC_A[25:0]決定；DATA長度為16位情況下，由地址線FSMC_A[24:0]決定)
第二塊:6400 0000h--67ff ffffh
第二塊:6800 0000h--6bff ffffh
第三塊:6c00 0000h--6fff ffffh

注：這里的HADDR是需要轉換到外部設備的內部AHB地址線，每個地址對應一個字節單元。因此，若外部設備的地址寬度是8位的，則 HADDR[25:0]與STM32的CPU引腳FSMC_A[25:0]一一對應，最大可以訪問64M字節的空間。若外部設備的地址寬度是16位的，則 是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳FSMC_A[24:0]一一對應。在應用的時候，可以將FSMC_A總線連接到存儲器或其他外設的地 址總線引腳上。

使用FSMC控制器后，可以把FSMC提供的FSMC_A[25:0]作為地址線，而把FSMC提供的FSMC_D[15:0]作為數據總線。

(1)當存儲數據設為8位時，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b)
地址各位對應FSMC_A[25:0]，數據位對應FSMC_D[7:0]

(2)當存儲數據設為16位時，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b)
地址各位對應FSMC_A[24:0]，數據位對應FSMC_D[15:0]

4.ILI9325

ILI9325的功能很多，在此無法一一說明，但是參考ILI9325的Datasheet我們發現有幾個引腳還是非常重要的，而只要操作好了這幾個引腳，基本上就可以實現簡單的對LCM的控制了。

nCS: IC的片選信號。如果是低電平，則ILI9325是被選中，并且可以進行操作，如果是高電平，這不被選中。

RS: 寄存器選擇信號。如果是低電平，則選擇的是索引或者狀態寄存器，如果是高電平，則選擇控制寄存器。

nWR/SCL: 寫使能信號，低電平有效。

nRD: 讀使能信號，低電平有效。

5. 電路設計

1. 信號線的連接

STM32F10x FSMC有4個不同的banks，每一個64MB，可支持NOR以及其他類似的存儲器。這些外部設備的地址線、數據線和控制線是共享的。每個設備的訪問時通過片選信號來決定的，而每次只能訪問一個設備。我們的LCM就是連接在NOR的bank上面。
FSMC_D[15:0]：16bit的數據總線，連接ILI9325的數據線； FSMC_NEx：分配給NOR的256MB的地址空間還可以分為4個banks，每一個區用來分配一個外設，這4個外設分別就是NE1-NE4； FSMC_NOE：輸出使能，連接ILI9325的nRD引腳； FSMC_NWE：寫使能，連接ILI9325的nWR引腳；

FSMC_Ax：用在LCD顯示RAM和寄存器之間進行選擇的地址線，這個和ILI9325的RS引腳相連。該線可用任意一根地址線，范圍是FSMC_A[25:0]。當RS=0時，表示讀寫寄存器，RS=1時，表示讀寫數據RAM。
其實關于RS的表述也并不完全準確，應該這么理解，RS=0的時候，向這個地址寫的數表示了選擇什么寄存器進行操作，然而要對寄存器進行什么操作，則要看當RS=1時，送入的數據了。

關于地址的計算，如果我們選擇NOR的第一個存儲區，并且使用FSMC_A16來控制ILI9325的RS引腳，則如果要訪問寄存器地址(RS=0)，那 么地址是0x6000 0000(起始地址)，如果要訪問數據區(RS=1)，那么基地址應該是0x6002 0000。

有人會問，為什么不是0x6001 0000呢？因為FSMC_A16=1。因為在前文中已經說過，若外部設備的地址寬度是16位的，則是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳 FSMC_A[24:0]一一對應。也就是說，內部產生的地址應該要左移一位，FSMC_A16=1，代表著第17位為1，而不是第16位為1。如果外部 設備的地址寬度是8位的話，則不會出現這個問題。

再舉一個例子，如果選擇NOR的第4個存儲區，使用FSMC_A0來控制RS引腳，則訪問數據區的地址為0x6000 0002，訪問LCD寄存器的地址為：0x6000 0000。

2. 時序問題

一般使用模式2來做LCD的接口控制，不使用外擴模式。并且讀寫操作的時序一樣。此種情況下，我們需要使用3個參數：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時序的計算需要根據NOR閃存存儲器的特性和STM32F10x的時鐘HCLK來計算這些參數。
寫或讀訪問時序是存儲器片選信號的下降沿與上升沿之間的時間，這個時間可以由FSMC時序參數的函數計算得到：
寫/讀訪問時間 = ((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK
在寫操作中，DATAST用于衡量寫信號的下降沿與上升沿之間的時間參數：
寫使能信號從低變高的時間 = t WP = DATAST × HCLK
為了得到正確的FSMC時序配置，下列時序應予以考慮：
最大的讀/寫訪問時間、不同的FSMC內部延遲、不同的存儲器內部延遲
因此得到：
((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK = max (t WC , t RC )
DATAST × HCLK = tWP
DATAST必須滿足：
DATAST = (tAVQV+ tsu(Data_NE) + tv(A_NE) )/HCLK – ADDSET – 4
由于我沒有找到ILI9325的這些時序的參數，所以就參考了一些以前別人寫的程序里面的時序配置：
當 HCLK 的頻率是 72MHZ，使用模式 B，則有如下時序：
地址建立時間：0x1
地址保持時間：0x0
數據建立時間：0x5

在論壇上問為什么FSMC調試會進入Handler fault。沒人回答。當然也不好回答，這些問題是不可預知，更無法估測。所以自己調來調去。調了整整一天也未見結果。左一右一次的對著寄存器一位一位的設置。后來設計想是不是應該用到庫，是不是自己操作寄存器不好。帶著苦惱回宿舍睡覺了。(9點了工作室關門了，也沒那么牛X學到1，2點，當然我絕對佩服他們)今天早上，我再次對了寄存器，看到了其中有兩位會產生AHB硬件fault我則將這兩個都使能，結果，結果成功了。不再進入Handler fault了。這讓我感覺慚愧，原因昨天晚上想過會不會是這兩個問題，但是麻煩的心理讓我改了前一個望了后一個，總有一個處于非使能狀態。。

一旦通過就寫了TFT的驅動，調試發現無法打開TFT DISP。oh 又無語中，不斷的調試，找引腳連接圖，最終發現數據手冊上的引腳標錯了。。嘆。也怪自己。因為第一處標的是對的，自己看的第二處。。就這樣今天一天也算差不多了，寫好了TFT驅動顯示了字符，可以橫屏豎屏，并可以顯示滿屏，很開心。

而橫屏和豎屏很是繞人，也經過了個把小時才弄通了。

這里為了以后不會忘記再次提及一下自己。我用的TFT使用ILI9341和9325不一樣，只看到了E文，不過上面寄存器那邊的單詞還算簡單。這里主要用到了0X36,0X2A,0X2B幾個寄存器，而其它的不再記錄。及ILI9341的使用和坐標" title="關于FSMC驅動LCD的總結，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" style="border-width: 0px; list-style: none;">

以左上角為TFT屏的原點，如果置位MY則Y坐標將映射到對面同一條線上的點即319的點上，MX同理也會到對面同一直線的點上為239。(319和239為我屏的尺寸不表多數)如果同時設置了這兩個點則原點會到（0，0）的對角線即最大坐標上（239，319）。而MV則是液晶屏的點亮方向(可以這么理解)它的點亮方向即向X方向點亮還是向Y方向點亮。當然點亮屏幕的像素還和0X2A和0X2B命令有關。及ILI9341的使用和坐標" title="關于FSMC驅動LCD的總結，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" style="border-width: 0px; list-style: none;">

0x2A設置列的長度，有4個參數，前兩個參數為列的首坐標，后兩個參數為列坐標的結束坐標。

及ILI9341的使用和坐標" title="關于FSMC驅動LCD的總結，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" action-data="http%3A%2F%2Fs9.sinaimg.cn%2Fmiddle%2F79fbacedn7aaafe89e648%26690" action-type="show-slide" style="border-width: 0px; list-style: none;">

0X2B則是設置頁地址即屏幕上到下的大小。設置了2A和2B整個操作只在這個區域才能被實現。

因此我們根據0x36中的MX和MY所設的坐標，和MV所設置的方向設置整個屏的大小。

假設屏水平放置，即水平方向為320，垂直方向為240.屏的左上角為坐標0，0。假設設置MV以X方向向右點亮，假設要點亮整個屏則需要將0X2A設置成319，0x2B設置成213。如果設置反了則 會出現以以下的情況
及ILI9341的使用和坐標" title="關于FSMC驅動LCD的總結，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" action-data="http%3A%2F%2Fs6.sinaimg.cn%2Fmiddle%2F79fbacedncaae0c593e95%26690" action-type="show-slide" style="border-width: 0px; list-style: none;">

這些都是個人理解。如果你是在調節液晶屏的橫豎屏都顯示的話你只要設置0X36、0X2A、0X2B這三個寄存器即可。可以自己調試點亮一排像素來得到自己想要的結果。

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