STM32 的FSMC功能理解

Posted 2021-08-15 果果小师弟

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]

FSMC 包含四个主要模块：

● AHB 接口 ( 包含 FSMC 配置寄存器 )
● NOR 闪存和 PSRAM 控制器

● NAND 闪存和 PC 卡控制器
● 外部设备接口

TFT液晶的接线

LCD有如下控制线：
CS：Chip Select 片选，低电平有效
RS：Register Select 寄存器选择
WR：Write 写信号，低电平有效
RD：Read 读信号，低电平有效
RESET：重启信号，低电平有效
DB0-DB15：数据线

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）：
如果情况如下：

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。
CS为0（表示选上芯片，CS拉低时，芯片对传入的数据才会有效）
RS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。
WR为0，RD为1（表示是写动作），反过来就是读动作。
RESET一直为高，如果RESET为低，会导致芯片重启。
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。

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）。
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：
WE-WR，均为低电平有效
RD-RD，均为低电平有效
FSMC-D0-15接LCD DB0-15
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：
*(volatile unsigned short int *)(0x60020000)=val;
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。
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？

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。

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

PD14-FSMC-D0 ----LCD-DB0

PD15-FSMC-D1 ----LCD-DB1

PD0-FSMC-D2 ----LCD-DB2

PD1-FSMC-D3 ----LCD-DB3

PE7-FSMC-D4 ----LCD-DB4

PE8-FSMC-D5 ----LCD-DB5

PE9-FSMC-D6 ----LCD-DB6

PE10-FSMC-D7 ----LCD-DB7

PE11-FSMC-D8 ----LCD-DB8

PE12-FSMC-D9 ----LCD-DB9

PE13-FSMC-D10 ----LCD-DB10

PE14-FSMC-D11 ----LCD-DB11

PE15-FSMC-D12 ----LCD-DB12

PD8-FSMC-D13 ----LCD-DB13

PD9-FSMC-D14 ----LCD-DB14

PD10-FSMC-D15 ----LCD-DB15      

TFT 控制信 号线

PD4-FSMC-NOE ----LCD-RD

PD5-FSMC-NEW ----LCD-WR

PD7-FSMC-NE1 ----LCD-CS

PD11-FSMC-A16 ----LCD-DC

PE1-FSMC-NBL1 ----LCD-RESET

PD13-FSMC-A18 ----LCD-BLACK-LIGHT

//触 摸 屏 TSC2046 控制 线

PA5-SPI1-SCK ----TSC2046-SPI -SCK

PA7-SPI1-MOSI ----TSC2046-SPI - MOSI

PA6-SPI1-MISO ----TSC2046-SPI – MISO

PB7-I2C1-SDA ----TSC2046-SPI-CS

PB6-I2C1-SCL ----TSC2046- INT_IRQ