初学stm32 --- FSMC驱动LCD屏

 

目录

 

FSMC简介

FSMC框图介绍

FSMC通信引脚介绍

FSMC_NWE 的作用

FSMC_NWE 的时序关系

FSMC_NOE 的含义

FSMC_NOE 的典型用途

FSMC_NOE 的时序关系

使用FSMC驱动LCD

FSMC时序介绍 

时序特性中的 OE

 ILI9341重点时序：

FSMC地址映射 

 HADDR与FSMC_A关系

 LCD的RS信号线与地址线关系

FSMC相关寄存器介绍

SRAM/NOR闪存片选控制寄存器（FSMC_BCRx） 

SRAM/NOR闪存片选时序寄存器（FSMC_BTRx）

SRAM/NOR闪存写时序寄存器（FSMC_BWTRx）

FSMC寄存器组合说明

FSMC相关HAL库函数简介

 SRAM_HandleTypeDef

FSMC_NORSRAM_InitTypeDef

FSMC模拟8080时序读写简化代码

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FSMC简介

FSMC，Flexible Static Memory Controller，灵活的静态存储控制器。

用途：用于驱动SRAM，NOR FLASH，NAND FLASH及PC卡类型的存储器。

        配置好FSMC，定义一个指向这些地址的指针，通过对指针操作就可以直接修改存储单元的内容，FSMC自动完成读写命令和数据访问操作，不需要程序去实现时序。

        FSMC外设配置好就可以模拟出时序。

实例：FSMC模拟8080时序控制LCD

F1/ F4(407)系列大容量型号，且引脚数目在100脚以上的芯片都有FSMC接口

F4/F7/H7系列就是FMC接口

FSMC框图介绍

① 时钟控制逻辑

FSMC挂载在AHB总线上，时钟信号来自HCLK

② STM32内部的FSMC控制单元

NOR闪存和PSRAM控制器、NAND闪存和PC卡控制器、FSMC配置寄存器

③ 通信引脚

不同类型存储器用到的信号引脚

公共信号引脚

FSMC通信引脚介绍

  用于连接硬件设备的引脚，控制不同类型的存储器会用不同的引脚。

• FSMC_NWE 的作用

• 用于写操作

  • FSMC_NWE 用于通知外部存储器执行写操作。
  • 在写操作期间，FSMC 会将 FSMC_NWE 拉低（逻辑 0），使能外部存储器的写操作。
  • FSMC_NWE 通常连接到外部存储器的 WE（Write Enable）引脚，确保数据可以正确写入外部存储器。

• 与数据总线和地址总线的配合

  • 在写操作中：
    • FSMC_NWE 为低电平时，外部存储器会从 FSMC 的数据总线（FSMC_Dx）上读取数据，并将数据写入指定的存储地址（由地址总线 FSMC_Ax 提供）。
    • 当 FSMC_NWE 回到高电平时，写操作完成。

• 写入控制的时序信号

  • FSMC 控制 FSMC_NWE 的上升沿和下降沿来定义写入周期的开始和结束，确保数据正确写入外部存储器。

FSMC_NWE 的时序关系

FSMC_NWE 的控制信号与以下其他 FSMC 信号配合使用：

1. FSMC_NE（芯片选择，Chip Select）：
   • 用于选择具体的外部存储器。
   • 当 FSMC_NE 为低电平时，所选存储器芯片被激活。
2. FSMC_A（地址总线）：
   • 提供数据写入的目标地址。
3. FSMC_D（数据总线）：
   • 提供要写入的数据。
4. FSMC_NWAIT（等待信号，可选）：
   • 外部存储器可以通过拉高或拉低 FSMC_NWAIT 信号请求延迟完成写操作。

以下是典型的 FSMC 写入时序：

• FSMC 首先激活 FSMC_NE（芯片选择）。
• 然后将 FSMC_Ax（地址）和 FSMC_Dx（数据）设置为目标地址和数据值。
• FSMC_NWE 被拉低，外部存储器开始写入。
• 当写入完成后，FSMC_NWE 被拉高，FSMC 将完成该写操作。

FSMC_NOE 的含义

FSMC_NOE 的全称是 FSMC Output Enable (输出使能)，它是 FSMC 用于控制外部存储器数据输出的信号引脚。

• 名称含义：

  • N：代表负逻辑（Active Low，低电平有效）。
  • OE：Output Enable（输出使能信号）。

• 功能：

  • FSMC_NOE 控制外部存储器是否将数据输出到 FSMC 的数据总线上。
  • 当 FSMC_NOE 为低电平（逻辑 0）时，外部存储器的输出缓冲区被使能，数据可以传输到 FSMC 的数据总线。
  • 当 FSMC_NOE 为高电平（逻辑 1）时，外部存储器的输出缓冲区被禁用，数据不会输出。

FSMC_NOE 的典型用途

1. 与外部存储器的接口控制

   • 在读取外部存储器（如 NOR Flash 或 SRAM）时，FSMC 控制 FSMC_NOE 以使能数据的输出。
   • FSMC_NOE 信号通常连接到外部存储器的 OE 引脚，表示“是否允许数据输出”。

2. 在读取操作中的作用

   • FSMC 进行读取操作时，FSMC_NOE 被拉低，通知外部存储器将数据放到数据总线上。
   • 在写操作或非活跃状态时，FSMC_NOE 保持高电平。

FSMC_NOE 的时序关系

FSMC_NOE 的控制通常与以下信号配合使用：

1. FSMC_NE（芯片选择，Chip Select）：
   • FSMC_NE 用于选择具体的外部存储器芯片。
   • 当 FSMC_NE 为低电平时，选中的外部存储器被激活。
2. FSMC_NWE（写使能，Write Enable）：
   • 用于指示写操作。
   • 当 FSMC_NWE 为低电平时，表示正在向存储器写入数据。
3. 地址和数据总线（FSMC_A 和 FSMC_D）：
   • 地址总线（FSMC_A）提供要访问的外部存储器地址。
   • 数据总线（FSMC_D）用于传输数据。

典型的读取时序如下：

• FSMC 控制 FSMC_NE（芯片使能）和 FSMC_NOE（输出使能）信号，激活外部存储器的数据输出。
• FSMC_NOE 拉低后，外部存储器将数据输出到数据总线上。
• 数据输出完成后，FSMC 会将 FSMC_NOE 拉高，关闭数据输出。

使用FSMC驱动LCD

FSMC时序介绍 

FSMC是Flexible灵活的，可以产生多种时序来控制外部存储器。

  NOR/PSRAM控制器产生的异步时序就有5种，总体分为两类：一类是模式1，其他为拓展模式。

  拓展模式相对模式1来说读写时序时间参数设置可以不同，满足存储器读写时序不一样需求。

时序特性中的 OE

在时序特性中，“OE 在读取时序片选过程中不翻转” 或 “OE 在读取时序片选过程中翻转” 指的是 FSMC 控制 OE 信号在读取操作期间的状态行为：

1. 不翻转：

   • 读取操作开始时，FSMC 会将 OE 拉低，保持不变直到读取完成。
   • 这种方式适用于大多数 SRAM 或 CRAM 类型存储器。

2. 翻转：

   • 读取操作期间，FSMC 会在不同阶段对 OE 信号进行翻转（拉低-拉高-拉低），以协调更复杂的外部存储器时序。
   • 这种方式适用于特定类型的外部存储器，例如一些特殊的 SRAM 或 PSRAM。

 

 ILI9341重点时序：

读ID低电平脉宽(trdl)                        读ID高电平脉宽(trdh)

读FM低电平脉宽(trdlfm)                  读FM高电平脉宽(trdhfm)

写控制低电平脉宽(twrl)                    写控制高电平脉宽(twrh)

ID：指LCD的ID号                FM指帧缓存即GRAM

FSMC时序中ADDSET和DATAST不需要严格要求，可以使用实践值

 

FSMC地址映射 

使用FSMC外接存储器，其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的。

从FSMC角度看，可以把外部存储器划分为固定大小为256M字节的四个存储块。

FSMC存储块1被分为4个区，每个区管理64M字节空间。（64M Byte = 2^26 Byte）

 HADDR与FSMC_A关系

HADDR总线是转换到外部存储器的内部AHB地址线。

简单来说，从CPU通过AHB总线到外部信号线之间的关系。

HADDR是字节地址，而存储器访问不都是按字节访问，接到存储器的地址线与其数据宽度相关。

注意：数据宽度为16位时，地址存在偏移

 LCD的RS信号线与地址线关系

8080接口中RS(数据/命令选择线)，用FSMC的某根A地址线进行替换。

FSMC_A10接到RS线上：

        当FSMC_A10为高电平时（即RS为高电平），FSMC_D[15:0]被理解为数据。

        当FSMC_A10为低电平时（即RS为低电平），FSMC_D[15:0]被理解为命令。

究竟发送什么地址代替？

1、确认FSMC_NE4基地址：       

 0x6C00 0000        NEx(x=1…4)：0x6000 0000 + (0x400 0000 * (x - 1))

2、确认FSMC_A10对应地址值

2^10 x 2 = 0x800        FSMC_Ay(y=0…25)： 2^y x 2

3、确认两个地址

代表LCD命令的地址：0x6C00 0000

代表LCD数据的地址：0x6C00 0800

FSMC相关寄存器介绍

        对于NOR_FLASH/PSRAM控制器(存储块1)配置工作，通过FSMC_BCRx、FSMC_BTRx和FSMC_BWTRx寄存器设置（其中x=1~4，对应4个区）。

SRAM/NOR闪存片选控制寄存器（FSMC_BCRx） 

 EXTMOD：扩展模式使能位，控制是否允许读写不同的时序。读和写用不同的时序，该位设置为1

WREN：写使能位。        向TFTLCD写入数据，该位设置1

 MWID[1:0]：存储器数据总线宽度。00，表示8位数据模式；01表示16位数据模式；10和11保留。

MTYP[1:0]：存储器类型。00表示SRAM、ROM；01表示PSRAM；10表示NOR FLASH；11保留。 

MBKEN：存储块使能位。该位设置1

SRAM/NOR闪存片选时序寄存器（FSMC_BTRx）

ACCMOD[1:0]：访问模式。00：模式A；01：模式B；10：模式C；11：模式D。

DATAST[7:0]：数据保持时间，等于DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。

对于ILI9341来说，其实就是RD低电平持续时间，最小为355ns。

对于F1，一个HCLK = 13.9ns(1/72M)，设置为15 （STM32F1的FSMC性能存在问题）

对于F4，一个HCLK = 6ns(1/168M)，设置为60

ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示ADDSET(+1)个HCLK时钟周期，ADDSET最大为15。

对于ILI9341来说，相当于RD高电平持续时间，为90ns。

F1即使设置为0，RD也有超过90ns的高电平，这里设置为1。F4对该位设置为15。

        如果未设置EXTMOD位，则读写共用这个时序寄存器！

SRAM/NOR闪存写时序寄存器（FSMC_BWTRx）

 ACCMOD[1:0]：访问模式。00：模式A；01：模式B；10：模式C；11：模式D。

DATAST[7:0]：数据保持时间，等于DATAST(+1)个HCLK时钟周期，DATAST最大为255。

对于ILI9341来说，其实就是WR低电平持续时间，最小为15ns。

对于F1，一个HCLK = 13.9ns，设置为3

对于F4，一个HCLK = 6ns，设置为9

ADDSET[3:0]：地址建立时间。表示ADDSET(+1)个HCLK时钟周期，ADDSET最大为15。

对于ILI9341来说，相当于WR高电平持续时间，为15ns。

F1即使设置为1，WR也有超过15ns的高电平，这里设置为1。

F4对该位设置为8。

FSMC寄存器组合说明

        在ST官方提供的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合，规则如下：

FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：

          BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1

          BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2

          BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3

          BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4

FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]寄存器组，他们的对应关系如下：

          BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，

          BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，

          BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到

FSMC相关HAL库函数简介

        本例程涉及HAL库相关函数如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_SRAM_Init ( 
SRAM_HandleTypeDef *hsram,
FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *Timing,
FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef *ExtTiming )

 SRAM_HandleTypeDef

typedef struct 
{ FSMC_NORSRAM_TypeDef *Instance;				/* 寄存器基地址 */FSMC_NORSRAM_EXTENDED_TypeDef *Extended; 	/* 扩展模式寄存器基地址 */ FSMC_NORSRAM_InitTypeDef Init;				/* SRAM初始化结构体*/ HAL_LockTypeDef Lock; 						/* SRAM锁对象结构体 */ __IO HAL_SRAM_StateTypeDef State; 			/* SRAM设备访问状态 */ DMA_HandleTypeDef *hdma; 					/* DMA结构体 */ 
} SRAM_HandleTypeDef;

寄存器基地址选择：FSMC_NORSRAM_DEVICE

扩展模式寄存器基地址：FSMC_NORSRAM_EXTERNDEVICE

FSMC_NORSRAM_InitTypeDef

typedef struct 
{ uint32_t NSBank; 				/* 存储区块号 */ uint32_t DataAddressMux; 		/* 地址/数据复用使能 */ 	uint32_t MemoryType; 			/* 存储器类型 */ 	uint32_t MemoryDataWidth; 		/* 存储器数据宽度 */uint32_t BurstAccessMode;		/* 设置是否支持突发访问模式，只支持同步类型的存储器 */uint32_t WaitSignalPolarity;	/* 设置等待信号的极性 */uint32_t WrapMode; 			    /* 突发模式下存储器传输使能 */uint32_t WaitSignalActive; 		/* 等待信号在等待状态之前或等待状态期间有效 */ uint32_t WriteOperation; 		/* 存储器写使能 */ uint32_t WaitSignal; 			/* 是否使能等待状态插入 */ uint32_t ExtendedMode; 		    /* 使能或者禁止使能扩展模式 */ uint32_t AsynchronousWait; 		/* 用于异步传输期间，使能或者禁止等待信号 */ uint32_t WriteBurst; 			/* 用于使能或者禁止异步的写突发操作 */ uint32_t PageSize; 				/* 设置页大小 */ 
} FSMC_NORSRAM_InitTypeDef;

 储存区块号选择：FSMC_NORSRAM_BANK4

地址/数据复用功能选择：FSMC_DATA_ADDRESS_MUX_DISABLE

储存器类型选择：FSMC_MEMORY_TYPE_SRAM

储存器数据宽度选择：FSMC_NORSRAM_MEM_BUS_WIDTH_16

储存器写使能选择：FSMC_WRITE_OPERATION_ENABLE

使能或者禁止使能扩展模式选择：FSMC_EXTENDED_MODE_ENABLE

FSMC_NORSRAM_TimingTypeDef

typedef struct 
{ uint32_t AddressSetupTime; 			/* 地址建立时间 */ uint32_t AddressHoldTime; 			/* 地址保持时间 */ 	uint32_t DataSetupTime; 			/* 数据建立时间 */ 	uint32_t BusTurnAroundDuration; 	/* 总线周转阶段的持续时间 */uint32_t CLKDivision;				/* CLK时钟输出信号的周期 */uint32_t DataLatency;				/* 同步突发NOR FLASH的数据延迟 */uint32_t AccessMode;				/* 异步模式配置 */
} FSMC_NORSRAM_InitTypeDef;

这里要配置addressSetupTime地址建立时间和DataSetupTime数据建立时间。

FSMC模拟8080时序读写简化代码

void lcd_wr_cmd(volatile uint16_t cmd){cmd = cmd;*(uint16_t *)(FSMC_ADDR_CMD) = cmd;}

void lcd_wr_data(volatile uint16_t data)
{data = data;*(uint16_t *)(FSMC_ADDR_DATA) = data;
}

uint16_t lcd_rd_data(void)
{volatile uint16_t ram; 	ram = *(uint16_t *)(FSMC_ADDR_DATA);return ram;
}

硬件IO连接关系