STM32學(xué)習(xí)筆記（6.1）：LCD的顯示

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(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)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(dòng)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(shí)的學(xué)習(xí)開發(fā)中，我們一般使用的是LCM，帶有驅(qū)動(dòng)IC和LCD屏幕等多個(gè)模塊。

2. FSMC的基本概念
在STM32上開發(fā)LCD顯示，可以有兩種方式來(lái)對(duì)LCD進(jìn)行操作，一種是通過(guò)普通的IO口，連接LCM的相應(yīng)引腳來(lái)進(jìn)行操作，第2種是通過(guò)FSMC來(lái)進(jìn)行操作。
可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器(Flexible Static Memory Controller: FSMC) 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(chǔ)密度微控制器特有的存儲(chǔ)控制機(jī)制。之所以稱為“可變”，是由于通過(guò)對(duì)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(chǔ)器類型，發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)/地址/控制信號(hào)類型以匹配信號(hào)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(chǔ)器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時(shí)擴(kuò)展多種不同類型的靜態(tài)存儲(chǔ)器，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)存儲(chǔ)容量、產(chǎn)品體積以及成本的綜合要求。
FSMC有很多優(yōu)點(diǎn)：
1. 支持多種靜態(tài)存儲(chǔ)器類型。STM32通過(guò)FSMC可以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲(chǔ)器的引腳直接相連。
2. 支持豐富的存儲(chǔ)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(duì)NOR、PSRAM、NAND存儲(chǔ)器的同步突發(fā)訪問(wèn)方式。
3. 支持同時(shí)擴(kuò)展多種存儲(chǔ)器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨(dú)立的，可用于擴(kuò)展不同類型的存儲(chǔ)器。當(dāng)系統(tǒng)中擴(kuò)展和使用多個(gè)外部存儲(chǔ)器時(shí)，F(xiàn)SMC會(huì)通過(guò)總線懸空延遲時(shí)間參數(shù)的設(shè)置，防止各存儲(chǔ)器對(duì)總線的訪問(wèn)沖突。
4. 支持更為廣泛的存儲(chǔ)器型號(hào)。通過(guò)對(duì)FSMC的時(shí)間參數(shù)設(shè)置，擴(kuò)大了系統(tǒng)中可用存儲(chǔ)器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲(chǔ)芯片選擇空間。
5. 支持代碼從FSMC擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器中直接運(yùn)行，而不需要首先調(diào)入內(nèi)部SRAM。
FSMC包含兩類控制器：
1. 1個(gè)NOR閃存/SRAM控制器，可以與NOR閃存、SRAM和PSRAM存儲(chǔ)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(chǔ)器接口。
控制器產(chǎn)生所有驅(qū)動(dòng)這些存儲(chǔ)器的信號(hào)時(shí)序：
1. 16位數(shù)據(jù)線，用于連接8位或16位的存儲(chǔ)器；
2. 26位地址線，最多可連續(xù)64MB的存儲(chǔ)器（這里不包括片選線）；
3. 5位獨(dú)立的片選信號(hào)線；
4. 1組適合不同類型存儲(chǔ)器的控制信號(hào)線：
- 控制讀/寫操作
- 與存儲(chǔ)器通信，提供就緒/繁忙信號(hào)和中斷信號(hào)
- 與所用配置的PC卡接口：PC存儲(chǔ)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(chǔ)器劃分為固定大小為256MB的4個(gè)存儲(chǔ)塊

· 存儲(chǔ)塊1用于訪問(wèn)最多4個(gè)NOR閃存或者PSRAM存儲(chǔ)設(shè)備。這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)被劃分為4個(gè)NOR/PSRAM區(qū)，并有4個(gè)專用的片選。
· 存儲(chǔ)塊2和3用于訪問(wèn)NAND閃存設(shè)備，每個(gè)存儲(chǔ)塊連接一個(gè)NAND閃存。
· 存儲(chǔ)塊4用于訪問(wèn)PC卡設(shè)備
每一個(gè)存儲(chǔ)塊上的存儲(chǔ)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(gè)控制器，并不提供相應(yīng)的存儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)中，我們接的就是LCM。

3. 本例中FSMC的使用
由于本例只是利用FSMC對(duì)LCM進(jìn)行操作，因此不用完全懂得FSMC的所有功能，而是懂得一部分相應(yīng)的操作即可。
1. FSMC包括哪幾個(gè)部分
FSMC包含以下4個(gè)模塊：
· AHB接口（包含F(xiàn)SMC配置寄存器）
· NOR閃存和PSRAM控制器
· NAND閃存和PC卡控制器
· 外部設(shè)備接口
需要注意的是，F(xiàn)SMC可以請(qǐng)求AHB進(jìn)行數(shù)據(jù)寬度操作。如果AHB操作的數(shù)據(jù)寬度大于外部設(shè)備(NOR或NAND或LCD)的寬度，此時(shí)FSMC將AHB操作分割成幾個(gè)連續(xù)的較小的數(shù)據(jù)寬度，以適應(yīng)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)寬度。
2. FSMC對(duì)外部設(shè)備的地址映像
FSMC對(duì)外部設(shè)備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結(jié)束，一共4個(gè)地址塊，每個(gè)地址塊256MB，而每個(gè)地址塊又分成4個(gè)分地址塊，大小為64MB。對(duì)于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(dāng)前使用的是哪個(gè)64M的分地址塊。而這四個(gè)分存儲(chǔ)塊的片選，則使用 NE[4:1]來(lái)選擇。數(shù)據(jù)線/地址線/控制線是共享的。
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(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)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(duì)應(yīng)，最大可以訪問(wèn)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(duì)應(yīng)。在應(yīng)用的時(shí)候，可以將FSMC_A總線連接到存儲(chǔ)器或其他外設(shè)的地址總線引腳上。

4. ILI9325
由于我們使用的是奮斗STM32 V3開發(fā)板，其內(nèi)部自帶的是一個(gè)LCM，產(chǎn)品的編號(hào)是：QD024CPS25-36AV0，其中的詳細(xì)規(guī)格參數(shù)可以參考QD024CPS25-36AV0規(guī)格書中的記載。而LCM中的驅(qū)動(dòng)IC就是采用的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(xiàn)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(xiàn)簡(jiǎn)單的對(duì)LCM的控制了。
nCS: IC的片選信號(hào)。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(hào)。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(hào)，低電平有效。
nRD: 讀使能信號(hào)，低電平有效。
以上內(nèi)容是從ILI9325的Datasheet里面找到的，但是根據(jù)我的實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，似乎高電平也是有效的。而且，不管是高電平還是低電平，都可以成功驅(qū)動(dòng)LCD，如果有了解情況的可以討論一下。
ILI9325的寄存器非常多，詳細(xì)的各個(gè)寄存器的功能請(qǐng)參考ILI9325的Datasheet。在對(duì)ILI9325進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)該先寫地址，然后再寫數(shù)據(jù)，設(shè)置好各個(gè)寄存器之后，ILI9325就可以開始工作了。

5. 電路設(shè)計(jì)
1. 信號(hào)線的連接
STM32F10x FSMC有4個(gè)不同的banks，每一個(gè)64MB，可支持NOR以及其他類似的存儲(chǔ)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(gè)設(shè)備的訪問(wèn)時(shí)通過(guò)片選信號(hào)來(lái)決定的，而每次只能訪問(wèn)一個(gè)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(gè)banks，每一個(gè)區(qū)用來(lái)分配一個(gè)外設(shè)，這4個(gè)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(jìn)行選擇的地址線，這個(gè)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(shí)，表示讀寫寄存器，RS=1時(shí)，表示讀寫數(shù)據(jù)RAM。
其實(shí)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(shí)候，向這個(gè)地址寫的數(shù)表示了選擇什么寄存器進(jìn)行操作，然而要對(duì)寄存器進(jìn)行什么操作，則要看當(dāng)RS=1時(shí)，送入的數(shù)據(jù)了。
關(guān)于地址的計(jì)算，如果我們選擇NOR的第一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，并且使用FSMC_A16來(lái)控制ILI9325的RS引腳，則如果要訪問(wèn)寄存器地址(RS=0)，那么地址是0x6000 0000(起始地址)，如果要訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)(RS=1)，那么基地址應(yīng)該是0x6002 0000。
有人會(huì)問(wèn)，為什么不是0x6001 0000呢？因?yàn)镕SMC_A16=1。因?yàn)樵谇拔闹幸呀?jīng)說(shuō)過(guò)，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(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，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(huì)出現(xiàn)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(chǔ)區(qū)，使用FSMC_A0來(lái)控制RS引腳，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)區(qū)的地址為0x6000 0002，訪問(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(kuò)模式。并且讀寫操作的時(shí)序一樣。此種情況下，我們需要使用3個(gè)參數(shù)：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時(shí)序的計(jì)算需要根據(jù)NOR閃存存儲(chǔ)器的特性和STM32F10x的時(shí)鐘HCLK來(lái)計(jì)算這些參數(shù)。
寫或讀訪問(wèn)時(shí)序是存儲(chǔ)器片選信號(hào)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(shù)的函數(shù)計(jì)算得到：
寫/讀訪問(wèn)時(shí)間 = ((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK
在寫操作中，DATAST用于衡量寫信號(hào)的下降沿與上升沿之間的時(shí)間參數(shù)：
寫使能信號(hào)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(yīng)予以考慮：
最大的讀/寫訪問(wèn)時(shí)間、不同的FSMC內(nèi)部延遲、不同的存儲(chǔ)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(méi)有找到ILI9325的這些時(shí)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(shí)序配置：
當(dāng) 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(shù)據(jù)建立時(shí)間：0x5

6. 程序編寫步驟
對(duì)于程序的編寫，一般步驟是：
1. 初始化RCC；
2. 初始化GPIO；
3. 初始化FSMC；
4. 初始化LCD；
5. 往GRAM里面寫入顯示數(shù)據(jù)。
其中RCC、GPIO、FSMC的初始化函數(shù)在STM32的固件庫(kù)中已經(jīng)有相應(yīng)的函數(shù)，在此就不一一贅述了，如果有不懂的，可以參考以前我寫的學(xué)習(xí)筆記。FSMC的初始化參數(shù)很多，而且基本上可以通用，因此在此也不對(duì)每一個(gè)參數(shù)具體有什么用進(jìn)行解釋了，一般來(lái)說(shuō)，用通用參數(shù)就足夠普通的開發(fā)了。
而對(duì)LCD的初始化，則需要自己編寫相應(yīng)的代碼?；驹瓌t是，首先向寄存器地址寫入需要操作的寄存器地址（代碼），然后再根據(jù)Datasheet，向數(shù)據(jù)區(qū)地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)某些操作。具體的操作在ILI9325的Datasheet 第8節(jié)Register Descriptions中，有詳細(xì)的解釋。而LCD的初始化只要按照Datasheet里面的，把每一個(gè)寄存器都給配置好了，就沒(méi)有問(wèn)題了。而這些寄存器的配置，大部分都是通用的，只是有一些屏幕方向選擇，坐標(biāo)系等會(huì)略有差別。
LCD配置好之后，就可以往GRAM里面寫入圖像數(shù)據(jù)了，在這里推薦一個(gè)軟件“Image2LCD”，這個(gè)軟件能讀取圖像，然后生成C代碼的數(shù)據(jù)，只要將這些生成的代碼直接寫入GRAM中，就可以顯示出圖像了。不過(guò)要記住，在圖像轉(zhuǎn)換的時(shí)候，輸出數(shù)據(jù)類型選擇“C語(yǔ)言數(shù)組”，掃描模式選擇“水平掃描”，輸出灰度“16位真彩色”，最大寬度和高度“320”“240”勾選“高位在前(MSB First)”。這些配置都是和ILI9325的寄存器配置相對(duì)應(yīng)的，如果說(shuō)ILI9325的配置和本文中的不一樣，則需要相應(yīng)的選擇其他的選項(xiàng)。