STM32學習筆記（6.1）：LCD的顯示

1. LCD/LCM的基本概念
液晶顯示器(Liquid Crystal Display: LCD)的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。
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，控制與驅動等外圍電路，PCB電路板，背光源，結構件等裝配在一起的組件。
在平時的學習開發(fā)中，我們一般使用的是LCM，帶有驅動IC和LCD屏幕等多個模塊。

2. FSMC的基本概念
在STM32上開發(fā)LCD顯示，可以有兩種方式來對LCD進行操作，一種是通過普通的IO口，連接LCM的相應引腳來進行操作，第2種是通過FSMC來進行操作。
可變靜態(tài)存儲控制器(Flexible Static Memory Controller: FSMC) 是STM32系列中內部集成256 KB以上FlaSh，后綴為xC、xD和xE的高存儲密度微控制器特有的存儲控制機制。之所以稱為“可變”，是由于通過對特殊功能寄存器的設置，F(xiàn)SMC能夠根據(jù)不同的外部存儲器類型，發(fā)出相應的數(shù)據(jù)/地址/控制信號類型以匹配信號的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應用各種不同類型、不同速度的外部靜態(tài)存儲器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時擴展多種不同類型的靜態(tài)存儲器，滿足系統(tǒng)設計對存儲容量、產品體積以及成本的綜合要求。
FSMC有很多優(yōu)點：
1. 支持多種靜態(tài)存儲器類型。STM32通過FSMC可以與SRAM、ROM、PSRAM、NOR Flash和NANDFlash存儲器的引腳直接相連。
2. 支持豐富的存儲操作方法。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NOR、PSRAM、NAND存儲器的同步突發(fā)訪問方式。
3. 支持同時擴展多種存儲器。FSMC的映射地址空間中，不同的BANK是獨立的，可用于擴展不同類型的存儲器。當系統(tǒng)中擴展和使用多個外部存儲器時，F(xiàn)SMC會通過總線懸空延遲時間參數(shù)的設置，防止各存儲器對總線的訪問沖突。
4. 支持更為廣泛的存儲器型號。通過對FSMC的時間參數(shù)設置，擴大了系統(tǒng)中可用存儲器的速度范圍，為用戶提供了靈活的存儲芯片選擇空間。
5. 支持代碼從FSMC擴展的外部存儲器中直接運行，而不需要首先調入內部SRAM。
FSMC包含兩類控制器：
1. 1個NOR閃存/SRAM控制器，可以與NOR閃存、SRAM和PSRAM存儲器接口。
2. 1個NAND閃存/PC卡控制器，可以與NAND閃存、PC卡，CF卡和CF+存儲器接口。
控制器產生所有驅動這些存儲器的信號時序：
1. 16位數(shù)據(jù)線，用于連接8位或16位的存儲器；
2. 26位地址線，最多可連續(xù)64MB的存儲器（這里不包括片選線）；
3. 5位獨立的片選信號線；
4. 1組適合不同類型存儲器的控制信號線：
- 控制讀/寫操作
- 與存儲器通信，提供就緒/繁忙信號和中斷信號
- 與所用配置的PC卡接口：PC存儲卡、PC I/O卡和真正的IDE接口
從FSMC的角度看，可以把外部存儲器劃分為固定大小為256MB的4個存儲塊

· 存儲塊1用于訪問最多4個NOR閃存或者PSRAM存儲設備。這個存儲區(qū)被劃分為4個NOR/PSRAM區(qū)，并有4個專用的片選。
· 存儲塊2和3用于訪問NAND閃存設備，每個存儲塊連接一個NAND閃存。
· 存儲塊4用于訪問PC卡設備
每一個存儲塊上的存儲器類型是由用戶在配置寄存器中定義的。
注意：FSMC只是提供了一個控制器，并不提供相應的存儲設備，至于外設接的是什么設備，完全是由用戶自己選擇，只要能用于FSMC控制，就可以，像本次實驗中，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LCM進行操作，因此不用完全懂得FSMC的所有功能，而是懂得一部分相應的操作即可。
1. FSMC包括哪幾個部分
FSMC包含以下4個模塊：
· 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
· 外部設備接口
需要注意的是，F(xiàn)SMC可以請求AHB進行數(shù)據(jù)寬度操作。如果AHB操作的數(shù)據(jù)寬度大于外部設備(NOR或NAND或LCD)的寬度，此時FSMC將AHB操作分割成幾個連續(xù)的較小的數(shù)據(jù)寬度，以適應外部設備的數(shù)據(jù)寬度。
2. FSMC對外部設備的地址映像
FSMC對外部設備的地址映像從0x6000 0000開始，到0x9FFF FFFF結束，一共4個地址塊，每個地址塊256MB，而每個地址塊又分成4個分地址塊，大小為64MB。對于NOR的地址映像來說，我們可以通過選擇HADDR[27:26] 來確定當前使用的是哪個64M的分地址塊。而這四個分存儲塊的片選，則使用 NE[4:1]來選擇。數(shù)據(jù)線/地址線/控制線是共享的。
這里的HADDR 是需要轉換到外部設備的內部AHB地址線，每個地址對應一個字節(jié)單元。因此，若外部設備的地址寬度是8位的，則HADDR[25:0]與STM32的CPU引腳 FSMC_A[25:0]一一對應，最大可以訪問64M字節(jié)的空間。若外部設備的地址寬度是16位的，則是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳FSMC_A[24:0]一一對應。在應用的時候，可以將FSMC_A總線連接到存儲器或其他外設的地址總線引腳上。

4. ILI9325
由于我們使用的是奮斗STM32 V3開發(fā)板，其內部自帶的是一個LCM，產品的編號是：QD024CPS25-36AV0，其中的詳細規(guī)格參數(shù)可以參考QD024CPS25-36AV0規(guī)格書中的記載。而LCM中的驅動IC就是采用的ILI9325。
ILI9325的功能很多，在此無法一一說明，但是參考ILI9325的Datasheet我們發(fā)現(xiàn)有幾個引腳還是非常重要的，而只要操作好了這幾個引腳，基本上就可以實現(xiàn)簡單的對LCM的控制了。
nCS: IC的片選信號。如果是低電平，則ILI9325是被選中，并且可以進行操作，如果是高電平，這不被選中。
RS: 寄存器選擇信號。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，低電平有效。
nRD: 讀使能信號，低電平有效。
以上內容是從ILI9325的Datasheet里面找到的，但是根據(jù)我的實際操作發(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，都可以成功驅動LCD，如果有了解情況的可以討論一下。
ILI9325的寄存器非常多，詳細的各個寄存器的功能請參考ILI9325的Datasheet。在對ILI9325進行操作時，應該先寫地址，然后再寫數(shù)據(jù)，設置好各個寄存器之后，ILI9325就可以開始工作了。

5. 電路設計
1. 信號線的連接
STM32F10x FSMC有4個不同的banks，每一個64MB，可支持NOR以及其他類似的存儲器。這些外部設備的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線是共享的。每個設備的訪問時通過片選信號來決定的，而每次只能訪問一個設備。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banks，每一個區(qū)用來分配一個外設，這4個外設分別就是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和寄存器之間進行選擇的地址線，這個和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RS=0時，表示讀寫寄存器，RS=1時，表示讀寫數(shù)據(jù)RAM。
其實關于RS的表述也并不完全準確，應該這么理解，RS=0的時候，向這個地址寫的數(shù)表示了選擇什么寄存器進行操作，然而要對寄存器進行什么操作，則要看當RS=1時，送入的數(shù)據(jù)了。
關于地址的計算，如果我們選擇NOR的第一個存儲區(qū)，并且使用FSMC_A16來控制ILI9325的RS引腳，則如果要訪問寄存器地址(RS=0)，那么地址是0x6000 0000(起始地址)，如果要訪問數(shù)據(jù)區(qū)(RS=1)，那么基地址應該是0x6002 0000。
有人會問，為什么不是0x6001 0000呢？因為FSMC_A16=1。因為在前文中已經(jīng)說過，若外部設備的地址寬度是16位的，則是HADDR[25:1]與STM32的CPU引腳FSMC_A[24:0]一一對應。也就是說，內部產生的地址應該要左移一位，F(xiàn)SMC_A16=1，代表著第17位為1，而不是第16位為1。如果外部設備的地址寬度是8位的話，則不會出現(xiàn)這個問題。
再舉一個例子，如果選擇NOR的第4個存儲區(qū)，使用FSMC_A0來控制RS引腳，則訪問數(shù)據(jù)區(qū)的地址為0x6000 0002，訪問LCD寄存器的地址為：0x6000 0000。
2. 時序問題
一般使用模式2來做LCD的接口控制，不使用外擴模式。并且讀寫操作的時序一樣。此種情況下，我們需要使用3個參數(shù)：ADDSET、DATAST、ADDHOLD。時序的計算需要根據(jù)NOR閃存存儲器的特性和STM32F10x的時鐘HCLK來計算這些參數(shù)。
寫或讀訪問時序是存儲器片選信號的下降沿與上升沿之間的時間，這個時間可以由FSMC時序參數(shù)的函數(shù)計算得到：
寫/讀訪問時間 = ((ADDSET + 1) + (DATAST + 1)) × HCLK
在寫操作中，DATAST用于衡量寫信號的下降沿與上升沿之間的時間參數(shù)：
寫使能信號從低變高的時間 = t WP = DATAST × HCLK
為了得到正確的FSMC時序配置，下列時序應予以考慮：
最大的讀/寫訪問時間、不同的FSMC內部延遲、不同的存儲器內部延遲
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
由于我沒有找到ILI9325的這些時序的參數(shù)，所以就參考了一些以前別人寫的程序里面的時序配置：
當 HCLK 的頻率是 72MHZ，使用模式 B，則有如下時序：
地址建立時間：0x1
地址保持時間：0x0
數(shù)據(jù)建立時間：0x5

6. 程序編寫步驟
對于程序的編寫，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的固件庫中已經(jīng)有相應的函數(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習筆記。FSMC的初始化參數(shù)很多，而且基本上可以通用，因此在此也不對每一個參數(shù)具體有什么用進行解釋了，一般來說，用通用參數(shù)就足夠普通的開發(fā)了。
而對LCD的初始化，則需要自己編寫相應的代碼。基本原則是，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)地址寫入相應的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)某些操作。具體的操作在ILI9325的Datasheet 第8節(jié)Register Descriptions中，有詳細的解釋。而LCD的初始化只要按照Datasheet里面的，把每一個寄存器都給配置好了，就沒有問題了。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，坐標系等會略有差別。
LCD配置好之后，就可以往GRAM里面寫入圖像數(shù)據(jù)了，在這里推薦一個軟件“Image2LCD”，這個軟件能讀取圖像，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。不過要記住，在圖像轉換的時候，輸出數(shù)據(jù)類型選擇“C語言數(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的寄存器配置相對應的，如果說ILI9325的配置和本文中的不一樣，則需要相應的選擇其他的選項。