用STM32上的FSMC來(lái)開(kāi)發(fā)LCD

技術(shù)小白

用STM32上的FSMC來(lái)開(kāi)發(fā)LCD
在STM32上開(kāi)發(fā)LCD顯示，可以有兩種方式來(lái)對LCD進(jìn)行操作，一種是通過(guò)普通的IO口，連接LCM的相應引腳來(lái)進(jìn)行操作，第2種是通過(guò)FSMC來(lái)進(jìn)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(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線(xiàn)，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線(xiàn)折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)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(dòng)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(shí)的學(xué)習開(kāi)發(fā)中，我們一般使用的是LCM，帶有驅動(dòng)IC和LCD屏幕等多個(gè)模塊。

2.存儲器的概念

存儲器（Memory）是現代信息技術(shù)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(jìn)制數據的都可以是存儲器；在集成 電路中，一個(gè)沒(méi)有實(shí)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(shí)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(lèi)方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤(pán)等，能長(cháng)期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來(lái)存放當前正在執行的數據和 程序，但僅用于暫時(shí)存放程序和數據，關(guān)閉電源或斷電，數據會(huì )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(xiě)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(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（負責復雜的存取控制、存儲管理、加密、與其他器件的配合等）及時(shí)鐘、電源等必要的組件集成在電路板上構成整機，就是一個(gè)存儲產(chǎn)品，如U 盤(pán)。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(shí)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(tài)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(chēng)為“可變”，是由于通過(guò)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(lèi)型，發(fā)出相應的數據/地址/控制信號類(lèi)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(lèi)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(shí)擴展多種不同類(lèi)型的靜態(tài)存儲器，滿(mǎn)足系統設計對存儲容量、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(lèi)型。STM32通過(guò)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(xiě)操作，而且支持對NOR/PSRAM/NAND存儲器的同步突發(fā)訪(fǎng)問(wèn)方式。

③支持同時(shí)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(lèi)型的存儲器。當系統中擴展和使用多個(gè)外部存儲器時(shí)，FSMC會(huì )通過(guò)總線(xiàn)懸空延遲時(shí)間參數的設置，防止各存儲器對總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)沖突。

④支持更為廣泛的存儲器型號。通過(guò)對FSMC的時(shí)間參數設置，擴大了系統中可用存儲器的速度范圍，為用戶(hù)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(lèi)控制器：
1. 1個(gè)NOR閃存/SRAM控制器，可以與NOR閃存、SRAM和PSRAM存儲器接口。
2. 1個(gè)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(lèi)訪(fǎng)問(wèn)方式完全不同的存儲器擴展，是因為FSMC內部實(shí)際包括NOR Flash和NAND/PC Card兩個(gè)控制器，分別支持兩種截然不同的存儲器訪(fǎng)問(wèn)方式。在STM32內部，FSMC的一端通過(guò)內部高速總線(xiàn)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(xiàn)。內核對外部存儲器的訪(fǎng)問(wèn)信號發(fā)送到AHB總線(xiàn)后，經(jīng)過(guò)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(shí)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(jìn)行信號類(lèi)型的轉換，又能夠進(jìn)行信號寬度和時(shí)序的調整，屏蔽掉不同存儲類(lèi)型的差異，使之對內核而言沒(méi)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(gè)大小為256 MB的BANK，每個(gè)BANK又劃分為4個(gè)64 MB的子BANK，如表1所列。FSMC的2個(gè)控制器管理的映射地址空間不同。NOR Flash控制器管理第1個(gè)BANK，NAND/PC Card控制器管理第2～4個(gè)BANK。由于兩個(gè)控制器管理的存儲器類(lèi)型不同，擴展時(shí)應根據選用的存儲設備類(lèi)型確定其映射位置。其中，BANK1的4個(gè)子BANK擁有獨立的片選線(xiàn)和控制寄存器，可分別擴展一個(gè)獨立的存儲設備，而B(niǎo)ANK2～BANK4只有一組控制寄存器。

FSMC 包括4個(gè)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(dòng)LCD的時(shí)候LCD就好像一個(gè)PSRAM的里面只有2個(gè)16位的存儲空間，一個(gè)是DATA RAM 一個(gè)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(gè)控制器，NOR Flash和NAND/PC Card兩個(gè)控制器
2.FSMC分為4個(gè)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(gè)BANK256MB，每個(gè)BANK分4子
BANK，64MB，地址分別是。。。

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

控制讀/寫(xiě)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(gè)存儲塊
· 存儲塊1用于訪(fǎng)問(wèn)最多4個(gè)NOR閃存或者PSRAM存儲設備。這個(gè)存儲區被劃分為4個(gè)NOR/PSRAM區，并有4個(gè)專(zhuān)用的片選。
· 存儲塊2和3用于訪(fǎng)問(wèn)NAND閃存設備，每個(gè)存儲塊連接一個(gè)NAND閃存。
· 存儲塊4用于訪(fǎng)問(wèn)PC卡設備

每一個(gè)存儲塊上的存儲器類(lèi)型是由用戶(hù)在配置寄存器中定義的。

注意：FSMC只是提供了一個(gè)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(hù)自己選擇，只要能用于FSMC控制，就可以，像本次實(shí)驗中，我們接的就是LCM。

FSMC對外部設備的地址映像從0x6000 0000開(kāi)始，到0x9FFF FFFF結束，共分4個(gè)地址塊，每個(gè)地址塊256M字節�？梢钥闯�，每個(gè)地址塊又分為4個(gè)分地址塊，大小64M。對NOR的地址映像來(lái)說(shuō)，我們可以通過(guò)選 擇HADDR[27:26]來(lái)確定當前使用的是哪個(gè)64M的分地址塊，如下頁(yè)表格。而這四個(gè)分存儲塊的片選，則使用NE[4:1]來(lái)選擇。數據線(xiàn)/地址線(xiàn) /控制線(xiàn)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(cháng)度為8位情況下,由地址線(xiàn)FSMC_A[25:0]決定；DATA長(cháng)度為16位情況下，由地址線(xiàn)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(xiàn)，每個(gè)地址對應一個(gè)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(fǎng)問(wèn)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(shí)候，可以將FSMC_A總線(xiàn)連接到存儲器或其他外設的地 址總線(xiàn)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(xiàn)，而把FSMC提供的FSMC_D[15:0]作為數據總線(xiàn)。

(1)當存儲數據設為8位時(shí)，(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(shí)，(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(wú)法一一說(shuō)明，但是參考ILI9325的Datasheet我們發(fā)現有幾個(gè)引腳還是非常重要的，而只要操作好了這幾個(gè)引腳，基本上就可以實(shí)現簡(jiǎn)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(jìn)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(xiě)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(xiàn)的連接

STM32F10x FSMC有4個(gè)不同的banks，每一個(gè)64MB，可支持NOR以及其他類(lèi)似的存儲器。這些外部設備的地址線(xiàn)、數據線(xiàn)和控制線(xiàn)是共享的。每個(gè)設備的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)通過(guò)片選信號來(lái)決定的，而每次只能訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)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(xiàn)，連接ILI9325的數據線(xiàn)； FSMC_NEx：分配給NOR的256MB的地址空間還可以分為4個(gè)banks，每一個(gè)區用來(lái)分配一個(gè)外設，這4個(gè)外設分別就是NE1-NE4； FSMC_NOE：輸出使能，連接ILI9325的nRD引腳； FSMC_NWE：寫(xiě)使能，連接ILI9325的nWR引腳；

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

關(guān)于地址的計算，如果我們選擇NOR的第一個(gè)存儲區，并且使用FSMC_A16來(lái)控制ILI9325的RS引腳，則如果要訪(fǎng)問(wèn)寄存器地址(RS=0)，那 么地址是0x6000 0000(起始地址)，如果要訪(fǎng)問(wèn)數據區(RS=1)，那么基地址應該是0x6002 0000。

有人會(huì )問(wèn)，為什么不是0x6001 0000呢？因為FSMC_A16=1。因為在前文中已經(jīng)說(shuō)過(guò)，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(shuō)，內部產(chǎn)生的地址應該要左移一位，FSMC_A16=1，代表著(zhù)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(huà)，則不會(huì )出現這個(gè)問(wèn)題。

再舉一個(gè)例子，如果選擇NOR的第4個(gè)存儲區，使用FSMC_A0來(lái)控制RS引腳，則訪(fǎng)問(wèn)數據區的地址為0x6000 0002，訪(fǎng)問(wèn)LCD寄存器的地址為：0x6000 0000。

2. 時(shí)序問(wèn)題

一般使用模式2來(lái)做LCD的接口控制，不使用外擴模式。并且讀寫(xiě)操作的時(shí)序一樣。此種情況下，我們需要使用3個(gè)參數：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時(shí)序的計算需要根據NOR閃存存儲器的特性和STM32F10x的時(shí)鐘HCLK來(lái)計算這些參數。
寫(xiě)或讀訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序是存儲器片選信號的下降沿與上升沿之間的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可以由FSMC時(shí)序參數的函數計算得到：
寫(xiě)/讀訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間 = ((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK
在寫(xiě)操作中，DATAST用于衡量寫(xiě)信號的下降沿與上升沿之間的時(shí)間參數：
寫(xiě)使能信號從低變高的時(shí)間 = t WP = DATAST × HCLK
為了得到正確的FSMC時(shí)序配置，下列時(shí)序應予以考慮：
最大的讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)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(mǎn)足：
DATAST = (tAVQV+ tsu(Data_NE) + tv(A_NE) )/HCLK – ADDSET – 4
由于我沒(méi)有找到ILI9325的這些時(shí)序的參數，所以就參考了一些以前別人寫(xiě)的程序里面的時(shí)序配置：
當 HCLK 的頻率是 72MHZ，使用模式 B，則有如下時(shí)序：
地址建立時(shí)間：0x1
地址保持時(shí)間：0x0
數據建立時(shí)間：0x5

在論壇上問(wèn)為什么FSMC調試會(huì )進(jìn)入Handler fault。沒(méi)人回答。當然也不好回答，這些問(wèn)題是不可預知，更無(wú)法估測。所以自己調來(lái)調去。調了整整一天也未見(jiàn)結果。左一右一次的對著(zhù)寄存器一位一位的設置。后來(lái)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(zhù)苦惱回宿舍睡覺(jué)了。(9點(diǎn)了工作室關(guān)門(mén)了，也沒(méi)那么牛X學(xué)到1，2點(diǎn)，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(huì )產(chǎn)生AHB硬件fault我則將這兩個(gè)都使能，結果，結果成功了。不再進(jìn)入Handler fault了。這讓我感覺(jué)慚愧，原因昨天晚上想過(guò)會(huì )不會(huì )是這兩個(gè)問(wèn)題，但是麻煩的心理讓我改了前一個(gè)望了后一個(gè)，總有一個(gè)處于非使能狀態(tài)。。

一旦通過(guò)就寫(xiě)了TFT的驅動(dòng)，調試發(fā)現無(wú)法打開(kāi)TFT DISP。oh 又無(wú)語(yǔ)中，不斷的調試，找引腳連接圖，最終發(fā)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(xiě)好了TFT驅動(dòng)顯示了字符，可以橫屏豎屏，并可以顯示滿(mǎn)屏，很開(kāi)心。

而橫屏和豎屏很是繞人，也經(jīng)過(guò)了個(gè)把小時(shí)才弄通了。

這里為了以后不會(huì )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(guò)上面寄存器那邊的單詞還算簡(jiǎn)單。這里主要用到了0X36,0X2A,0X2B幾個(gè)寄存器，而其它的不再記錄。及ILI9341的使用和坐標" title="關(guān)于FSMC驅動(dòng)LCD的總結，進(jìn)入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" style="border-width: 0px; list-style: none;">

以左上角為T(mén)FT屏的原點(diǎn)，如果置位MY則Y坐標將映射到對面同一條線(xiàn)上的點(diǎn)即319的點(diǎn)上，MX同理也會(huì )到對面同一直線(xiàn)的點(diǎn)上為239。(319和239為我屏的尺寸不表多數)如果同時(shí)設置了這兩個(gè)點(diǎn)則原點(diǎn)會(huì )到（0，0）的對角線(xiàn)即最大坐標上（239，319）。而MV則是液晶屏的點(diǎn)亮方向(可以這么理解)它的點(diǎn)亮方向即向X方向點(diǎn)亮還是向Y方向點(diǎn)亮。當然點(diǎn)亮屏幕的像素還和0X2A和0X2B命令有關(guān)。及ILI9341的使用和坐標" title="關(guān)于FSMC驅動(dòng)LCD的總結，進(jìn)入HardFault_Handler 及ILI9341的使用和坐標" style="border-width: 0px; list-style: none;">

0x2A設置列的長(cháng)度，有4個(gè)參數，前兩個(gè)參數為列的首坐標，后兩個(gè)參數為列坐標的結束坐標。

及ILI9341的使用和坐標" title="關(guān)于FSMC驅動(dòng)LCD的總結，進(jìn)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(yè)地址即屏幕上到下的大小。設置了2A和2B整個(gè)操作只在這個(gè)區域才能被實(shí)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(gè)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(diǎn)亮，假設要點(diǎn)亮整個(gè)屏則需要將0X2A設置成319，0x2B設置成213。如果設置反了則 會(huì )出現以以下的情況
及ILI9341的使用和坐標" title="關(guān)于FSMC驅動(dòng)LCD的總結，進(jìn)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(gè)人理解。如果你是在調節液晶屏的橫豎屏都顯示的話(huà)你只要設置0X36、0X2A、0X2B這三個(gè)寄存器即可�？梢宰约赫{試點(diǎn)亮一排像素來(lái)得到自己想要的結果。

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