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【经验分享】STM32 的FSMC功能理解

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-23 17:44
FSMC全称“静态存储器控制器”。
使用FSMC控制器后,可以把FSMC提供的FSMC_A[25:0]作为地址线,而把FSMC提供的FSMC_D[15:0]作为数据总线。
(1)当存储数据设为8位时,(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_8b)
    地址各位对应FSMC_A[25:0],数据位对应FSMC_D[7:0]
(2)当存储数据设为16位时,(FSMC_NANDInitStructure.FSMC_MemoryDataWidth = FSMC_MemoryDataWidth_16b)
    地址各位对应FSMC_A[24:0],数据位对应FSMC_D[15:0]
  _+ F" l( }$ _2 A! k
FSMC 包含四个主要模块:
3 n/ e  m$ q& v/ V; T* i- g3 l: g● AHB 接口 ( 包含 FSMC 配置寄存器 )+ Z( \5 [0 [" D
● NOR 闪存和 PSRAM 控制器
● NAND 闪存和 PC 卡控制器
1 Y% N! }& `6 F5 `; Q● 外部设备接口
1965829-20200419195520036-1031207770.png
5 {0 ~+ `" X# k5 L( V
TFT液晶的接线
LCD有如下控制线:
  i1 y! O( h- l% V7 RCS:Chip Select 片选,低电平有效: k. }' P5 D' b3 X
RS:Register Select 寄存器选择
& H0 f2 m! `9 N7 F' J! \WR:Write 写信号,低电平有效
* {) S# R# E; v& h2 rRD:Read 读信号,低电平有效: O% K: z# _/ d$ \
RESET:重启信号,低电平有效
3 |4 y- n) j2 A" ~9 l! {DB0-DB15:数据线
' c0 l$ n0 `! z" W) I
TFT液晶的读写编程思路
假如这些线,全部用普通IO口控制。根据LCD控制芯片手册(参考控制芯片时序理解一下):. y7 S9 b$ [8 V4 ]- [
如果情况如下:0 z+ h, T8 c+ L3 T$ ~
DB0-DB15的IO全部为1(表示数据0xffff),也可以为其他任意值,这里以0xffff为例。
! q, }0 Y* Y" e) s2 A& ICS为0(表示选上芯片,CS拉低时,芯片对传入的数据才会有效)
' P& d4 k7 K0 u6 w: ORS为1(表示DB0-15上传递的是要被写到寄存器的值),如果为0,表示传递的是数据。
& i5 `6 o3 N$ u) M2 sWR为0,RD为1(表示是写动作),反过来就是读动作。
# L- E! R3 k! t7 w: V: H; vRESET一直为高,如果RESET为低,会导致芯片重启。
5 l& ]& g/ }: E* D" I* j这种情况,会导致一个值0xffff被传入芯片,被LCD控制芯片当作写寄存器值去解析。LCD控制芯片收到DB0-15上的值之后,根据其他控制线的情况,它得出结论,这个0xffff是用来设置寄存器的。一般情况下,LCD控制芯片会把传入的寄存器值的高8位当做寄存器地址(因为芯片内部肯定不止一个寄存器),低8位当做真正的要赋给对应寄存器值。这样,就完成了一个写LCD控制芯片内部寄存器的时序。
如果上述情况不变,只将RS置低,那么得到的情况如下:LCD控制芯片会把DB0-15上的数据当做单纯的数据值来处理。那么假如LCD处在画图状态,这个传入的值0xffff,就会被显示到对应的点上,0xffff就表示白色,那么对应的点就是白色。在这个数据值传递过来之前,程序肯定会通过设置寄存器值,告诉LCD控制芯片要写的点的位置在哪里。
如果上述两种情况都不变,分别把WR和RD的信号反过来(WR=1,RD=0),那么写信号就会被变成读信号。读信号下,主控芯片需要去读DB0-15的值,而LCD控制芯片就会去设置DB0-15的值,从而完成读数据的时序。
读寄存器的时序麻烦一点。第一步,先要将WR和RD都置低,主控芯片通过DB0-15传入寄存器地址。第二步就和前面读数据一样,将WR置高,RD置低,读出DB0-15的值即可。在这整个的过程中,RS一直为低。好了,上面就是IO直接控制LCD的方法。
; F( W$ v1 Q% ~5 e) I. c
TFT液晶采用FSMC操作,改善效率。
假如放到STM32里面,用IO直接控制显得效率很低。STM32有FSMC(其实其他芯片基本都有类似的总线功能),FSMC的好处就是你一旦设置好之后,WR、RD、DB0-DB15这些控制线和数据线,都是FSMC自动控制的。
打个比方,当你在程序中写到:*(volatile unsigned short int *)(0x60000000)=val;
那么FSMC就会自动执行一个写的操作,其对应的主控芯片的WE、RD这些脚,就会呈现出写的时序出来(即WE=0,RD=1),数据val的值也会通过DB0-15自动呈现出来(即FSMC-D0:FSMC-D15=val)。地址0x60000000会被呈现在数据线上(即A0-A25=0,地址线的对应最麻烦,要根据具体情况来,好好看看FSMC手册)。6 V7 V' u% o8 i$ O- t+ h
那么在硬件上面,我们需要做的,仅仅是MCU和LCD控制芯片的连接关系:
) q% m6 A; R  O  @$ T$ nWE-WR,均为低电平有效7 ^) L; u& U  b# A) t3 x. Q
RD-RD,均为低电平有效  n1 _, u( R% p( G; @9 h8 B
FSMC-D0-15接LCD DB0-15+ r3 r; x2 Z3 K: R1 y2 I
连接好之后,读写时序都会被FSMC自动完成。
但是还有一个很关键的问题,就是RS没有接,CS没有接。因为在FSMC里面,根本就没有对应RS和CS的脚。怎么办呢?这个时候,有一个好方法,就是用某一根地址线来接RS。比如我们选择了A16这根地址线来接,那么当我们要写寄存器的时候,我们需要RS,也就是A16置高。软件中怎么做呢?也就是将FSMC要写的地址改成0x60020000,如下:
1 i- F1 ]5 r; R- H& {*(volatile unsigned short int *)(0x60020000)=val;+ n5 a$ @7 l" V* G3 N7 d
这个时候,A16在执行其他FSMC的同时会被拉高,因为A0-A18要呈现出地址0x60020000。0x60020000里面的Bit17=1,就会导致A16为1。) b; r  x+ {" ~1 A8 W. H
当要读数据时,地址由0x60020000改为了0x60000000,这个时候A16就为0了。
那么有朋友就会有疑问,第一,为什么地址是0x6xxxxxxx而不是0x0xxxxxxx;第二,CS怎么接;第三,为什么Bit17对应A16?
! E; m  ~1 S% o1 j先来看前两个问题,大家找到STM32的FSMC手册,在FSMC手册里面,我们很容易找到,FSMC将0x60000000-0x6fffffff的地址用作NOR/PRAM(共256M地址范围)。而这个存储块,又被分成了四部分,每部分64M地址范围。当对其中某个存储块进行读写时,对应的NEx就会置低。这里,就解决了我们两个问题,第一,LCD的操作时序,和NOR/PSRAM是一样的(为什么一样自己找找NOR/PSRAM的时序看看),所以我们选择0x6xxxxxxx这个地址范围(选择这个地址范围,操作这个地址时,FSMC就会呈现出NOR/PSRAM的时序)。第二,我们可以将NEx连接到LCD的CS,只要我们操作的地址是第一个存储块内即可(即0-0x3ffffff地址范围)。
第三个问题再来看一看FSMC手册关于存储器字宽的描述,我们发现,当外部存储器是16位时,硬件管脚A0-A24表示的是地址线A1-A25的值,所以我们要位移一下,Bit17的值,实际会被反应到A16这根IO来。关于数据宽度及位移的问题,初学的朋友可能会比较疑惑,当你接触了多NOR/PRAM这样的器件后,你会发现,很多芯片的总线,都是这样设计的,为的是节省地址线。
4 h2 L9 \  y% [! \  l( V) ^
FSMC_CLK
FSMC_A0  ~~~~~~ FSMC_A25       FSMC_D0 ~~~~~~~ FSMC_D15
FSMC_NE1 ~~~FSMC_NE4
FSMC_NOE
FSMC_NWE
FSMC_NWAIT
FSMC_NADV          FSMC_NBL0             FSMC_NBL1

  ^: q/ I8 b- ~+ u/ n" j% i3 j( ^
1965829-20200419201124271-182510171.png
8 i1 B0 N, M2 Z* u* p$ L, n
1965829-20200419201155801-463365080.png ( U1 x$ `# e* K* `  B: m& O7 l
; w& T& n# {* _" D6 {0 U; p
1965829-20200419201225573-910551047.png
$ L. S3 `) n4 x
+ U2 V- R$ p" p8 H  @
硬件接线的举例:
野火 STM32 开发板驱动配套的 3.2 寸液晶、触摸屏,使用 FSMC 接口控制该屏幕自带的液晶控制器 ILI9341 ,使用 SPI 接口与触摸屏控制器 TSC2046 通讯。驱动成功后可在屏幕上使用基本的触摸绘图功能。
//TFT 数 据 线
1 x/ T8 k" @0 v+ \- e! t
PD14-FSMC-D0 ----LCD-DB0# y6 [, f+ o# T3 l
PD15-FSMC-D1 ----LCD-DB1, z3 |$ J. \, `7 E" o
PD0-FSMC-D2 ----LCD-DB2: \6 c& _) n/ s7 i5 ^1 z5 M
PD1-FSMC-D3 ----LCD-DB3- K# f& Y; }& F1 h
PE7-FSMC-D4 ----LCD-DB49 x) Y! J- {8 ^
PE8-FSMC-D5 ----LCD-DB5' g& g! R/ X7 h9 Y/ o" [& y# J. t
PE9-FSMC-D6 ----LCD-DB68 T% {) i6 k' E8 v& s9 B
PE10-FSMC-D7 ----LCD-DB7
/ i  o$ j  A" @5 l+ J2 w3 m
PE11-FSMC-D8 ----LCD-DB8
0 k/ ]4 c" n9 v1 e2 l. X; n3 ^
PE12-FSMC-D9 ----LCD-DB9
% M) L. }5 ~+ z6 r& P- ~
PE13-FSMC-D10 ----LCD-DB10
# C8 t( j+ A& Y$ J0 ]$ N3 z2 n
PE14-FSMC-D11 ----LCD-DB11
0 _" j' F: L  a0 Z
PE15-FSMC-D12 ----LCD-DB12
7 @: Q9 C$ X2 |, v% L" a/ V6 i
PD8-FSMC-D13 ----LCD-DB137 f# I: W+ O( N
PD9-FSMC-D14 ----LCD-DB14
4 N+ J8 A) B7 Y1 p2 {4 R
PD10-FSMC-D15 ----LCD-DB15      
TFT 控制信 号线
/ G! s8 f7 K& [6 S& ^# ]& C' a
PD4-FSMC-NOE ----LCD-RD
2 ]; I% J" }6 ~9 O
PD5-FSMC-NEW ----LCD-WR
% U' q3 @' v0 d- ^2 R9 ~9 P
PD7-FSMC-NE1 ----LCD-CS
5 V% N& m/ r' B) x+ M% _) n/ l' X
PD11-FSMC-A16 ----LCD-DC4 T6 S4 D9 F6 E6 X
PE1-FSMC-NBL1 ----LCD-RESET' {+ a/ Y) _# q, d3 Z
PD13-FSMC-A18 ----LCD-BLACK-LIGHT
8 ?& K+ _/ z0 B! g) x
//触 摸 屏 TSC2046 控制 线
" f7 B* a* _1 \/ \& H$ o
PA5-SPI1-SCK ----TSC2046-SPI -SCK) f& p! j, `) S% Q+ G/ X$ t
PA7-SPI1-MOSI ----TSC2046-SPI - MOSI  v. b5 x2 T# J* }
PA6-SPI1-MISO ----TSC2046-SPI – MISO
1 v& L9 v- C/ g( c! R/ _
PB7-I2C1-SDA ----TSC2046-SPI-CS3 q  [( |* m- Y1 v
PB6-I2C1-SCL ----TSC2046- INT_IRQ

( N/ t+ Q' V, |. b  f; q# a
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