基于正点原子的FTFLCD原理阐述

STM32操作FTFLCD模块的流程图

任何 LCD，使用流程都可以简单的用以上流程图表示。其中硬复位和初始化序列，只需要执行一次即可。而画点流程就是：设置坐标→写 GRAM 指令→写入颜色数据，然后在 LCD 上面，我们就可以看到对应的点显示我们写入的颜色了。读点流程为：设置坐标→读 GRAM 指令 →读取颜色数据，这样就可以获取到对应点的颜色数据了。

TFTFLCD的数据端口简介

ILI9341 液晶控制器自带显存，其显存总大小为 172800（240*320*18/8），即 18 位模式（26 万色）下的显存量。在 16 位模式下，ILI9341 采用 RGB565 格式存储颜色数据，此时 ILI9341 的 18 位数据线与 MCU 的 16 位数据线以及 LCD GRAM 的对应关系如图 18.1.1.4 所示：

从图中可以看出，ILI9341在16位模式下面，数据线有用的是：D17~D13 和 D11~D1，D0 和D12没有用到，实际上在我们LCD模块里面，ILI9341的D0和D12压根就没有引出来，这样，ILI9341的D17~D13 和D11~D1对应MCU的D15~D0。

FSMC是什么？FSMC与IO口操作的区别？

最早CPU要访问外部RAM需要三条总线：地址总线、数据总线（以16条地址线8位存储器为例）和控制总线：

地址总线：A0到A15共计16根地址线

数据总线：D0到D7共计8根数据线

控制总线：至少包括读写控制等控制线

CPU要访问外部RAM，就得靠这些线来进行控制，

首先在这16根地址线上呈现地址值，指示要访问的目标地址，使得外部RAM可以定位到存储单元；

接着，要让控制总线上呈现是读还是要写，好让外部RAM做好准备；

最后，如果是读，则外部RAM就把指定地址存储器的值8位呈现在D0到D7上，由CPU取走。

如果是写，则CPU自己把8位值输出呈现在D0到D7上，由外部RAM接收后改写存储器的值。

这整个过程都是由硬件来实现的，完全没有任何一句用户代码来参与的，是CPU设计之初就定义实现好的，这个过程的时间关系就叫做时序。一定要记住一点，总线是硬件实现的，有严格的规定好的时序。

可以看到，这种对引脚要求是比较多的，16条地址线加8条数据线再加控制线必须有25根线以上，所以8051为了省线，将8条数据线和地址线的低8位进行了时分复用（称为AD0到AD7），这样就可以省掉8根线，但代价是必须由外部增加锁存器来锁存地址的低8位（现在的外部RAM可以理解为将锁存器做到了芯片中）。但过程仍是上述描述的内容。即使这样，仍需要引脚近20根，如果存储量大，地址线更多，这些线就是STM32的FSMC，FSMC即灵活的静态存储器控制器，就是用来驱动外部总线，做上面所描述的工作的。为什么说是灵活的，我想主要是因为它可以通过事先对一些时间等参数进行设置调整，可以适应不同厂家参数有差异的SRAM或者像LCD、OLED等类似外设。但这些参数设定一次之后，整个控制时序关系就固定了，总线在具体工作的时候就不再需要用户来操心了，这就是硬件实现的优点，速度快且不占用CPU的计算资源。

至于IO，我想就不用解释了，就是CPU的输入输出端口，可以由CPU控制读写的一个个外部引脚，既然可以控制，就有人仿造总线的时序，用多个IO来通过软件控制的方式来模拟外部总线，比如8051没有SPI接口，就可以用至少三个IO口来分别模拟SCLK时钟，MOSI和MISO数据线。事实上，你也可以用二十几个IO来模拟上面所说的三条总线，但每一次的读写你都得按照时间顺序来控制这二十几个IO端口，你可以把它编好后写成函数，但仍然是占用CPU大量资源的，这就是软件实现的弊端，速度慢且占用CPU的计算资源。

STM32向外提供了灵活的总线访问接口即FSMC，无须你用IO来模拟，就如同8051的地址数据总线一样以硬件的方式来自动工作。不仅如此，如果你的系统用不到FSMC接口，STM32还可以把预备FSMC使用的端口让出来，使它可以当成普通IO一样来使用，从而节省宝贵的外部引脚空间。

为何FTFLCD可以被当作SRAM被FSMC控制？

首先我们了解下外部SRAM的连接，外部SRAM的控制一般有：地址线（如 A0~A18）、数据线（如 D0~D15）、写信号（WE）、读信号（OE）、片选信号（CS），如果 SRAM 支持字节控制，那么还有 UB/LB 信号。而TFTLCD的信号包括：RS、D0~D15、WR、RD、CS、RST和BL等，其中真正在操作LCD的时候需要用到的就只有：RS、D0~D15、WR、RD 和 CS。其操作时序和SRAM的控制完全类似，唯一不同就是TFTLCD有RS信号，但是没有地址信号。

TFTLCD 通过RS信号来决定传送的数据是数据还是命令，本质上可以理解为一个地址信号，比如我们把RS接在A0上面，那么当FSMC控制器写地址0的时候，会使得A0变为0，对TFTLCD来说，就是写命令。而FSMC写地址1的时候，A0 将会变为1，对TFTLCD来说，就是写数据了。这样，就把数据和命令区分开了，他们其实就是对应SRAM 操作的两个连续地址。当然RS也可以接在其他地址线上，我们这里将RS接在了战舰STM32开发板的A10上面。

FSMC如何操作SRAM？

选择存储块

我要将FTFLCD的GRAM作为SRAM来使用，因此我选择将设备与Bank1相连接。

SRAM寻址操作

STM32的FSMC存储块1（Bank1）被分为4个区，每个区管理64M字节空间，每个区都有独立的寄存器对所连接的存储器进行配置。Bank1的256M字节空间由28根地址线（HADDR[27:0]）寻址。

这里HADDR 是内部AHB地址总线，其中HADDR[25:0]来自外部存储器地址FSMC_A[25:0]，而HADDR[26:27]对4个区进行寻址。

我们要特别注意 HADDR[25:0]的对应关系：

当Bank1接的是16位宽度存储器的时候：HADDR[25:1]→ FSMC_A[24:0]；

当Bank1接的是8位宽度存储器的时候：HADDR[25:0]→ FSMC_A[25:0]。

FSMC为何需要26根地址线？

首先，我们要明白我们是在字节寻址并不是位寻址，字节寻址与位寻址的区别如下：

地址对应的元素大小不同，就比如一个数组中装的元素不同，字节寻址是“地址对应的元素是字节”，位寻址是“地址对应的元素是位”。

其次，我们要知道26根地址线访问的最大元素个数为(0——2^27-1=0——134,217,727)共134,217,728个字节元素，而块1到块4中1GB的内存对应的“字节byte(不是位bit)”个数为134,217,728，因此26根地址线可以访问FSMC的外部存储的所有字节元素。

HADDR与FSMC的对应关系

对于16位的数据线来说，一个地址对应了两个字节，因此此时26根地址线可以访问的字节元素个数变为了原来的1/2，但是一个数据的宽度变为了原来的2倍。因此才出现了当数据传输线的宽度为16位时，我们要将HADDR右移一位以对应FSMC_A[24:0]。以此类推，可以得出32位数据线的HADDR与FSMC_A的对应关系。

FSMC中寄存器的功能

FSMC的读写时序逻辑图

从模式A的读写时序图，我们可以看出，读操作还存在额外的 2 个HCLK周期，用于数据存储，所以同样的配置读操作一般比写操作会慢一点。

时序参数介绍

对于异步突发访问方式，FSMC主要设置3个时间参数：地址建立时间(ADDSET)、数据建立时间(DATAST)和地址保持时间(ADDHLD)。FSMC综合了SRAM／ROM、PSRAM和NOR Flash产品的信号特点，定义了4种不同的异步时序模型。选用不同的时序模型时，需要设置不同的时序参数：

寄存器的配置

控制寄存器

EXTMOD	扩展模式使能位，也就是是否允许读写不同的时序，很明显，我们本章需要读写不同的时序，故该位需要设置为 1。只有此位被设置才可以配置“写操作时序寄存器”
WREN	写使能位。我们需要向 TFTLCD 写数据，故该位必须设置为 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。我们的 TFTLCD 是 16 位数据线，所以设置 WMID[1:0]=01
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。前面提到，我们把 TFTLCD 当成 SRAM 用，所以需要设置 MTYP[1:0]=00
MBKEN	存储块使能位。这个容易理解，我们需要用到该存储块控制 TFTLCD，当然要使能这个存储块了

时序寄存器

这个寄存器包含了每个存储器块的控制信息，可以用于 SRAM、ROM 和 NOR 闪存存储器。如果 FSMC_BCRx 寄存器中设置了 EXTMOD 位，则有两个时序寄存器分别对应读操作(本寄存器) 和写操作(FSMC_BWTRx 寄存器)。因为我们要求读写分开时序控制，所以 EXTMOD 是使能了的，也就是本寄存器是读操作时序寄存器，控制读操作的相关时序。本章我们要用到的设置有： ACCMOD、DATAST 和 ADDSET 这三个设置。

ACCMOD[1:0]	访问模式。00表示访问模式 A；01表示访问模式B；10表示访问模式 C； 11表示访问模式D，本章我们用到模式A，故设置为00
DATAST[7:0]	数据保持时间。0 为保留设置，其他设置则代表保持时间为: DATAST 个 HCLK 时钟周期，最大为 255 个 HCLK 周期。对 ILI9341 来说，其实就是 RD 低电平持续时间，一般为355ns,而一个HCLK时钟周期为13.8ns 左右（72Mhz），为了兼容其他屏，我们这里设置DATAST为15，也就是16个HCLK 周期，时间大约是 234ns（未计算数据存储的2个HCLK 时间，对9341来说超频了，但是实际上是可以正常使用的）
ADDSET[3:0]	地址建立时间。其建立时间为：ADDSET 个 HCLK 周期，最大为 15 个 HCLK 周期。对 ILI9341 来说，这里相当于 RD 高电平持续时间，为 90ns，本来这里我们应该设置和 DATAST 一样，但是由于 STM32F103 FSMC 的性能问题，就算设置 ADDSET为0，RD的高电平持续时间也达到了190ns以上，所有，我们这里可以设置ADDSET为较小的值，本章我们设置ADDSET为1，即2个HCLK 周期，实际RD高电平大于200ns

写操作时序寄存器

该寄存器在本章用作写操作时序控制寄存器，需要用到的设置同样是：ACCMOD、DATAST 和 ADDSET 这三个设置。这三个设置的方法同 FSMC_BTRx 一模一样，只是这里对应的是写操作的时序，ACCMOD 设置同FSMC_BTRx一模一样，同样是选择模式A，另外 DATAST 和ADDSET则对应低电平和高电平持续时间，对 ILI9341 来说，这两个时间只需要 15ns 就够了，比读操作快得多。所以我们这里设置DATAST为3，即 4 个 HCLK 周期，时间约为 55ns（因为9320等控制器，这个时间要求比较长，要 50ns）。然后ADDSET（也存在性能问题）设置为 0，即1个HCLK周期，实际WR高电平时间大于100ns。

库函数的配置

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

注意：FSMC_BTRx与FSMC_BCRx的长度为32bits。

为何选择模式A？

模式A支持独立的读写时序控制，这个对我们驱动 TFTLCD 来说非常有用，因为TFTLCD 在读的时候，一般比较慢，而在写的时候可以比较快，如果读写用一样的时序，那么只能以读的时序为基准，从而导致写的速度变慢，或者在读数据的时候，重新配置FSMC的延时，在读操作完成的时候，再配置回写的时序，这样虽然也不会降低写的速度，但是频繁配置，比较麻烦。而如果有独立的读写时序控制，那么我们只要初始化的时候配置好，之后就不用再配置，既可以满足速度要求，又不需要频繁改配置。

为何需要设置时序?

支持同时扩展多种存储器。FSMC的映射地址空间中，不同的BANK是独立的，可用于扩展不同类型的存储器。当系统中扩展和使用多个外部存储器时，FSMC会通过总线悬空延迟时间参数的设置，防止各存储器对总线的访问冲突。

FTFLCD对应的库函数简介

u16 LCD_BGR2RGB(u16 c)	颜色格式转换函数(当我们用读点函数读取出的点的颜色为BGR格式，但是我们写入某一点的颜色时使用的是RGB格式)
u16 LCD_ReadPoint(u16 x,u16 y)	读点函数(返回该点的颜色)
void LCD_DisplayOn(void)	LCD开显示
void LCD_DisplayOff(void)	LCD关显示
void LCD_SetCursor(u16 Xpos, u16 Ypos)	设置LCD的光标位置
void LCD_Scan_Dir(u8 dir)	扫描方向设置函数
void LCD_DrawPoint(u16 x,u16 y)	将POINT_COLOR(代表颜色)写入对应的(x,y)坐标的位置
void LCD_Fast_DrawPoint(u16 x,u16 y,u16 color)	将(x,y)点的颜色修改成color颜色(与上面功能相同)
void LCD_SSD_BackLightSet(u8 pwm)	调节屏幕亮度的函数
void LCD_Display_Dir(u8 dir)	屏幕是竖向显示还是横向显示
void LCD_Set_Window(u16 sx,u16 sy,u16 width,u16 height)	在屏幕上开个显示窗(屏幕开窗函数)
void LCD_Init(void)	TFTLCD初始化函数(调用之前必须先初始化串口x)
void LCD_Clear(u16 color)	清屏并且进行颜色填充
void LCD_Fill(u16 sx,u16 sy,u16 ex,u16 ey,u16 color)	矩形区域填充函数(使用POINT_COLOR规定的的颜色)
void LCD_Color_Fill(u16 sx,u16 sy,u16 ex,u16 ey,u16 *color)	LCD矩形填充函数(使用color规定的颜色)
void LCD_DrawLine(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)	LCD划线函数
void LCD_DrawRectangle(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2)	矩形区域填充函数
void LCD_Draw_Circle(u16 x0,u16 y0,u8 r)	画圆函数
void LCD_ShowChar(u16 x,u16 y,u8 num,u8 size,u8 mode)	字符显示函数
void LCD_ShowNum(u16 x,u16 y,u32 num,u8 len,u8 size)	数值显示函数
void LCD_ShowxNum(u16 x,u16 y,u32 num,u8 len,u8 size,u8 mode)	带有显示模式设置的数值显示函数
void LCD_ShowString(u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 size,u8 *p)	字符串显示函数