用STM32上的FSMC來開發(fā)LCD

技術(shù)小白

在STM32上開發(fā)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(yīng)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(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)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(chǎn)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(qū)動等外圍電路，PCB電路板，背光源，結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。在平時的學(xué)習(xí)開發(fā)中，我們一般使用的是LCM，帶有驅(qū)動IC和LCD屏幕等多個模塊。

2.存儲器的概念

存儲器（Memory）是現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設(shè)備。其概念很廣，有很多層次，在數(shù)字系統(tǒng)中，只要能保存二進制數(shù)據(jù)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(tǒng)中，具有實物形式的存儲設(shè)備也叫存儲器，如內(nèi)存條、TF卡等。計 算機中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)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(nèi)存）和輔助存儲器（外 存）,也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和 程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)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(xiàn)在已經(jīng)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(zé)復(fù)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(gòu)成整機，就是一個存儲產(chǎn)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(shè)備，都是為了實現(xiàn)信息的存儲，區(qū)別是層次的不同。

3.FSMC的概念

FSMC(Flexible Static Memory Controller，可變靜態(tài)存儲控制器)是STM32系列中內(nèi)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(shè)置，F(xiàn)SMC能夠根據(jù)不同的外部存儲器類型，發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)/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(yīng)用各種不同類型、不同速度的外部靜態(tài)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(tài)存儲器，滿足系統(tǒng)設(shè)計對存儲容量、產(chǎn)品體積以及成本的綜合要求。

FSMC技術(shù)優(yōu)勢

①支持多種靜態(tài)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(shù)據(jù)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(fā)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(dāng)系統(tǒng)中擴展和使用多個外部存儲器時，F(xiàn)SMC會通過總線懸空延遲時間參數(shù)的設(shè)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(shù)設(shè)置，擴大了系統(tǒng)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(diào)入內(nèi)部SRAM。

FSMC內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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(nèi)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(nèi)部，F(xiàn)SMC的一端通過內(nèi)部高速總線AHB連接到內(nèi)核Cortex－M3，另一端則是面向擴展存儲器的外部總線。內(nèi)核對外部存儲器的訪問信號發(fā)送到AHB總線后，經(jīng)過FSMC轉(zhuǎn)換為符合外部存儲器通信規(guī)約的信號，送到外部存儲器的相應(yīng)引腳，實現(xiàn)內(nèi)核與外部存儲器之間的數(shù)據(jù)交互。FSMC起到橋梁作用，既能夠進行信號類型的轉(zhuǎn)換，又能夠進行信號寬度和時序的調(diào)整，屏蔽掉不同存儲類型的差異，使之對內(nèi)核而言沒有區(qū)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(yīng)根據(jù)選用的存儲設(shè)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(shè)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(qū)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(shè)備接口

小結(jié)：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(chǎn)生所有驅(qū)動這些存儲器的信號時序：
1. 16位數(shù)據(jù)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(xù)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(shè)備。這個存儲區(qū)被劃分為4個NOR/PSRAM區(qū)，并有4個專用的片選。
· 存儲塊2和3用于訪問NAND閃存設(shè)備，每個存儲塊連接一個NAND閃存。
· 存儲塊4用于訪問PC卡設(shè)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(yīng)的存儲設(shè)備，至于外設(shè)接的是什么設(shè)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(shè)備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結(jié)束，共分4個地址塊，每個地址塊256M字節(jié)。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(dāng)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換到外部設(shè)備的內(nèi)部AHB地址線，每個地址對應(yīng)一個字節(jié)單元。因此，若外部設(shè)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(yīng)，最大可以訪問64M字節(jié)的空間。若外部設(shè)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(yīng)。在應(yīng)用的時候，可以將FSMC_A總線連接到存儲器或其他外設(shè)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(shù)據(jù)總線。

(1)當(dāng)存儲數(shù)據(jù)設(shè)為8位時，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b)
地址各位對應(yīng)FSMC_A[25:0]，數(shù)據(jù)位對應(yīng)FSMC_D[7:0]

(2)當(dāng)存儲數(shù)據(jù)設(shè)為16位時，(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b)
地址各位對應(yīng)FSMC_A[24:0]，數(shù)據(jù)位對應(yīng)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(shè)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(shè)備的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線是共享的。每個設(shè)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(shè)備。我們的LCM就是連接在NOR的bank上面。
FSMC_D[15:0]：16bit的數(shù)據(jù)總線，連接ILI9325的數(shù)據(jù)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(qū)用來分配一個外設(shè)，這4個外設(shè)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(dāng)RS=0時，表示讀寫寄存器，RS=1時，表示讀寫數(shù)據(jù)RAM。
其實關(guān)于RS的表述也并不完全準(zhǔn)確，應(yīng)該這么理解，RS=0的時候，向這個地址寫的數(shù)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(dāng)RS=1時，送入的數(shù)據(jù)了。

關(guān)于地址的計算，如果我們選擇NOR的第一個存儲區(qū)，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(shù)據(jù)區(qū)(RS=1)，那么基地址應(yīng)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(jīng)說過，若外部設(shè)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(yīng)。也就是說，內(nèi)部產(chǎn)生的地址應(yīng)該要左移一位，F(xiàn)SMC_A16=1，代表著第17位為1，而不是第16位為1。如果外部 設(shè)備的地址寬度是8位的話，則不會出現(xiàn)這個問題。

再舉一個例子，如果選擇NOR的第4個存儲區(qū)，使用FSMC_A0來控制RS引腳，則訪問數(shù)據(jù)區(qū)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(shù)：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時序的計算需要根據(jù)NOR閃存存儲器的特性和STM32F10x的時鐘HCLK來計算這些參數(shù)。
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(shù)的函數(shù)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(shù)：
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(yīng)予以考慮：
最大的讀/寫訪問時間、不同的FSMC內(nèi)部延遲、不同的存儲器內(nèi)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(shù)，所以就參考了一些以前別人寫的程序里面的時序配置：
當(dāng) 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(shù)據(jù)建立時間：0x5

在論壇上問為什么FSMC調(diào)試會進入Handler fault。沒人回答。當(dāng)然也不好回答，這些問題是不可預(yù)知，更無法估測。所以自己調(diào)來調(diào)去。調(diào)了整整一天也未見結(jié)果。左一右一次的對著寄存器一位一位的設(shè)置。后來設(shè)計想是不是應(yīng)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(guān)門了，也沒那么牛X學(xué)到1，2點，當(dāng)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(chǎn)生AHB硬件fault我則將這兩個都使能，結(jié)果，結(jié)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(tài)。。

一旦通過就寫了TFT的驅(qū)動，調(diào)試發(fā)現(xiàn)無法打開TFT DISP。oh 又無語中，不斷的調(diào)試，找引腳連接圖，最終發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)手冊上的引腳標(biāo)錯了。。嘆。也怪自己。因為第一處標(biāo)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(qū)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(jīng)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(biāo)" title="關(guān)于FSMC驅(qū)動LCD的總結(jié)，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標(biāo)" 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(biāo)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(shù))如果同時設(shè)置了這兩個點則原點會到（0，0）的對角線即最大坐標(biāo)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(dāng)然點亮屏幕的像素還和0X2A和0X2B命令有關(guān)。及ILI9341的使用和坐標(biāo)" title="關(guān)于FSMC驅(qū)動LCD的總結(jié)，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標(biāo)" style="border-width: 0px; list-style: none;">

0x2A設(shè)置列的長度，有4個參數(shù)，前兩個參數(shù)為列的首坐標(biāo)，后兩個參數(shù)為列坐標(biāo)的結(jié)束坐標(biāo)。

及ILI9341的使用和坐標(biāo)" title="關(guān)于FSMC驅(qū)動LCD的總結(jié)，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標(biāo)" 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(shè)置頁地址即屏幕上到下的大小。設(shè)置了2A和2B整個操作只在這個區(qū)域才能被實現(xiàn)。

因此我們根據(jù)0x36中的MX和MY所設(shè)的坐標(biāo)，和MV所設(shè)置的方向設(shè)置整個屏的大小。

假設(shè)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(biāo)0，0。假設(shè)設(shè)置MV以X方向向右點亮，假設(shè)要點亮整個屏則需要將0X2A設(shè)置成319，0x2B設(shè)置成213。如果設(shè)置反了則 會出現(xiàn)以以下的情況
及ILI9341的使用和坐標(biāo)" title="關(guān)于FSMC驅(qū)動LCD的總結(jié)，進入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標(biāo)" 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(diào)節(jié)液晶屏的橫豎屏都顯示的話你只要設(shè)置0X36、0X2A、0X2B這三個寄存器即可。可以自己調(diào)試點亮一排像素來得到自己想要的結(jié)果。

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