STM32学习之FSMC

2023-10-13 22:38
文章标签 学习 stm32 fsmc

本文主要是介绍STM32学习之FSMC，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

上一篇介绍了TFTLCD的基础知识，这一篇来看看，FSMC的基本原理。

学习资料来自：STM32F407最小系统板开发指南-库函数版本_V1.1.pdf
正点原子，感谢原子哥的开源奉献
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硬件：
STM32F407ZGT6
2.8 LCD MODULE
一个摄像头

注意：
共分为3篇：

  1. STM32学习之TFTLCD
  2. STM32学习之FSMC
  3. STM32学习之使用TFTLCD

如果仅仅想要实现，可以直接去看最后一篇的使用，前边的基础知识可以跳过

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基础知识

STM32F407 或 STM32F417 系列芯片都带有 FSMC 接口，本人的芯片为 STM32F407ZGT6，是带有 FSMC 接口的。
FSMC，即灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器和 16 位 PC 存储器卡连接，STM32F4 的 FSMC 接口支持包括 SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH 和 PSRAM 等存储器。

SRAM与TFTLCD

STM32F4 的 FSMC 将外部设备分为 2 类：NOR/PSRAM 设备、NAND/PC 卡设备。他们共用地址数据总线等信号，他们具有不同的 CS 以区分不同的设备，比如我们用到的 TFTLCD 就是用的 FSMC_NE4 做片选，其实就是将 TFTLCD 当成 SRAM 来控制。
这里介绍下为什么可以把 TFTLCD 当成 SRAM 设备用：
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 的信号在前边有介绍，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， STM32F407 最小系统板是把 RS 连接在 A6 上面的。
STM32F4 的 FSMC 支持 8/16/32 位数据宽度，我们这里用到的 LCD 是 16 位宽度的，所以在设置的时候，选择 16 位宽就 OK 了。

映射原理

以下内容涉及到计算机组成原理中存储器的相关知识
我们再来看看 FSMC 的外部设备地址映像，STM32F4的 FSMC 将外部存储器划分为固定大小为 256M 字节的四个存储块，，如图 16.1.2.2 所示：
在这里插入图片描述
从上图可以看出，FSMC 总共管理 1GB 空间，拥有 4 个存储块（Bank），因为我们的屏幕需要 240*320*18/8 =172800 仅用到的是块 1即可，所以仅讨论块 1 的相关配置，其他块的配置，请参考《STM32F4xx 中文参考手册》第 32 章（1191 页）的相关介绍。
STM32F4 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。如表 16.1.2.1 所示：
在这里插入图片描述
表 16.1.2.1 中，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]

这里为什么这样接，可以参考博客：https://www.cnblogs.com/tiange-137/p/11820412.html
不论外部接 8 位/16 位宽设备，FSMC_A[0]永远接在外部设备地址 A[0]。
这里，TFTLCD使用的是 16 位数据宽度，所以 HADDR[0]并没有用到，只有 HADDR[25:1]是有效的，对应关系变为：HADDR[25:1] -> FSMC_A[24:0]，相当于右移了一位，这里请大家特别留意。
另外，HADDR[27:26]的设置，是不需要我们干预的，比如：当你选择使用 Bank1 的第三个区，即使用 FSMC_NE3 来连接外部设备的时候，即对应了 HADDR[27:26]=10，我们要做的就是配置对应第 3区的寄存器组，来适应外部设备即可。STM32F4 的 FSMC 各Bank配置寄存器如表 16.1.2.2所示：
在这里插入图片描述

控制寄存器

总述

对于 NOR FLASH 控制器，主要是通过 FSMC_BCRx、FSMC_BTRx 和 FSMC_BWTRx 寄存器设置（其中 x=1~4，对应 4 个区）。通过这 3 个寄存器，可以设置 FSMC 访问外部存储器的时序参数，拓宽了可选用的外部存储器的速度范围。
FSMC 的 NOR FLASH 控制器支持同步和异步突发两种访问方式。

  • 选用同步突发访问方式时，FSMC 将 HCLK(系统时钟)分频后，发送给外部存储器作为同步时钟信号 FSMC_CLK。此时需要的设置的时间参数有 2 个：
    1. HCLK 与 FSMC_CLK 的分频系数(CLKDIV)，可以为 2～16 分频；
    2. 同步突发访问中获得第 1 个数据所需要的等待延迟(DATLAT)。
  • 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。
    在这里插入图片描述
    选用不同的时序模型时，需要设置不同的时序参数，在实际扩展时，根据选用存储器的特征确定时序模型，从而确定各时间参数与存储器读／写周期参数指标之间的计算关系；利用该计算关系和存储芯片数据手册中给定的参数指标，可计算出 FSMC 所需要的各时间参数，从而对时间参数寄存器进行合理的配置。本章，我们使用异步模式 A（ModeA）方式来控制 TFTLCD

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。

接下来我们讲解一下 Bank1 的几个控制寄存器

FSMC_BCRx

首先，我们介绍 SRAM/NOR 闪存片选控制寄存器：FSMC_BCRx（x=1~4），该寄存器各位描述如图 16.1.2.5 所示：
在这里插入图片描述
该寄存器我们在本章用到的设置有：EXTMOD、WREN、MWID、MTYP 和 MBKEN 这几
个设置，我们将逐个介绍。

  • 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。
  • 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。

FSMC_BTRx

我们看看 SRAM/NOR 闪存片选时序寄存器：FSMC_BTRx（x=1~4），该寄存器各位描述如图 16.1.2.6 所示
在这里插入图片描述
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(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 6ns 左右（1/168Mhz），为了兼容其他屏，我们这里设置 DATAST 为 60，也就是 60 个 HCLK 周期，时间大约是 360ns。
  • 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，我们设置 ADDSET 为 15，即 15*6=90ns。

FSMC_BWTRx

我们再来看看 SRAM/NOR 闪写时序寄存器：FSMC_BWTRx（x=1~4），该寄存器各
位描述如图 16.1.2.7 所示：
在这里插入图片描述
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 2，即 3 个 HCLK 周期，时间约为 18ns。然后ADDSET 设置为 3，即 3 个 HCLK 周期，时间为 18ns。

至此，我们对 STM32F4 的 FSMC 介绍就差不多了，通过以上两个小节的了解，我们可以开始写 LCD 的驱动代码了。不过，这里还要给大家做下科普，在 MDK 的寄存器定义里面，并没有定义 FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx 等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合。

FSMC_BCRx 和 FSMC_BTRx，组合成 BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：
BTCR[0]对应 FSMC_BCR1，BTCR[1]对应 FSMC_BTR1
BTCR[2]对应 FSMC_BCR2，BTCR[3]对应 FSMC_BTR2
BTCR[4]对应 FSMC_BCR3，BTCR[5]对应 FSMC_BTR3
BTCR[6]对应 FSMC_BCR4，BTCR[7]对应 FSMC_BTR4
FSMC_BWTRx 则组合成 BWTR[7]，他们的对应关系如下：
BWTR[0]对应 FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应 FSMC_BWTR2，
BWTR[4]对应 FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应 FSMC_BWTR4，
BWTR[1]、BWTR[3]和 BWTR[5]保留，没有用到。
通过上面的讲解，通过对 FSMC 相关的寄存器的描述，大家对 FSMC 的原理有了一个初步的认识，如果还不熟悉的朋友，请一定要搜索网络资料理解 FSMC 的原理。只有理解了原理，使用库函数才可以得心应手。

库函数讲解

FSMC 初始化函数

总述

根据前面的讲解，初始化 FSMC 主要是初始化三个寄存器 FSMC_BCRx,FSMC_BTRx,FSMC_BWTRx，固件库提供了 3 个 FSMC 初始化函数初始化这三个参数,分别为

    FSMC_NORSRAMInit();FSMC_NANDInit();FSMC_PCCARDInit();

这三个函数分别用来初始化 4 种类型存储器。这里根据名字就很好判断对应关系。用来初始化NOR 和 SRAM 使用同一个函数 FSMC_NORSRAMInit()。我们使用的 FSMC 初始化函数为 FSMC_NORSRAMInit()。下面我们看看函数定义：

void FSMC_NORSRAMInit(FSMC_NORSRAMInitTypeDef* FSMC_NORSRAMInitStruct);

这个函数只有一个入口参数，也就是 FSMC_NORSRAMInitTypeDef 类型指针变量，这个结构体的成员变量非常多，因为 FSMC 相关的配置项非常多。

typedef struct
{uint32_t FSMC_Bank;uint32_t FSMC_DataAddressMux;uint32_t FSMC_MemoryType;uint32_t FSMC_MemoryDataWidth;uint32_t FSMC_BurstAccessMode;uint32_t FSMC_AsynchronousWait;uint32_t FSMC_WaitSignalPolarity;uint32_t FSMC_WrapMode;uint32_t FSMC_WaitSignalActive;uint32_t FSMC_WriteOperation;uint32_t FSMC_WaitSignal;uint32_t FSMC_ExtendedMode;uint32_t FSMC_WriteBurst;FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef* FSMC_ReadWriteTimingStruct;FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef* FSMC_WriteTimingStruct;
}FSMC_NORSRAMInitTypeDef;

从这个结构体我们可以看出，前面有 13 个基本类型（unit32_t）的成员变量，这 13 个参数是用来配置片选控制寄存器 FSMC_BCRx。
最后面还有两个SMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 指针类型的成员变量。前面我们讲到，FSMC 有读时序和写时序之分，所以这里就是用来设置读时序和写时序的参数了， 也就是说，这两个参数是用来配置寄存器 FSMC_BTRx 和 FSMC_BWTRx，后面我们会讲解到。
下面我们主要来看看模式 A
下的相关配置参数：

  • 参数 FSMC_Bank 用来设置使用到的存储块标号和区号，前面讲过，我们是使用的存储块 1 区号 4，所以选择值为 FSMC_Bank1_NORSRAM4。
  • 参数 FSMC_MemoryType 用来设置存储器类型，我们这里是 SRAM，所以选择值为FSMC_MemoryType_SRAM。
  • 参数 FSMC_MemoryDataWidth 用来设置数据宽度，可选 8 位还是 16 位，这里我们是 16 位数据宽度，所以选择值为 FSMC_MemoryDataWidth_16b。
  • 参数 FSMC_WriteOperation 用来设置写使能，毫无疑问，我们前面讲解过我们要向 TFT 写数据，所以要写使能，这里我们选择 FSMC_WriteOperation_Enable。
  • 参数 FSMC_ExtendedMode 是设置扩展模式使能位，也就是是否允许读写不同的时序，这里我们采取的读写不同时序，所以设置值为 FSMC_ExtendedMode_Enable。
    其余参数可以参考中文参考手册了解相关参数的意思。

读写时序参数

接 下 来 我 们 看 看 设 置 读 写 时 序 参 数 的 两 个 变 量 FSMC_ReadWriteTimingStruct 和 FSMC_WriteTimingStruct，他们都是 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 结构体指针类型，这两个参数在初始化的时候分别用来初始化片选控制寄存器 FSMC_BTRx 和写操作时序控制寄存器 FSMC_BWTRx。 下面我们看看 FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef 类型的定义：

typedef struct
{uint32_t FSMC_AddressSetupTime;uint32_t FSMC_AddressHoldTime;uint32_t FSMC_DataSetupTime;uint32_t FSMC_BusTurnAroundDuration;uint32_t FSMC_CLKDivision;uint32_t FSMC_DataLatency;uint32_t FSMC_AccessMode;
}FSMC_NORSRAMTimingInitTypeDef;

这个结构体有 7 个参数用来设置 FSMC 读写时序。其实这些参数的意思我们前面在讲解 FSMC 的时序的时候有提到，主要是设计地址建立保持时间，数据建立时间等等配置，对于我们的实验中，读写时序不一样，读写速度要求不一样，所以对于参数 FSMC_DataSetupTime 设置了不同的值，大家可以对照理解一下。记住，这些参数的意义在前面讲解 FSMC_BTRx 和 FSMC_BWTRx 寄存器的时候都有提到，大家可以翻过去看看。

FSMC 使能函数

FSMC 对不同的存储器类型同样提供了不同的使能函数：

void FSMC_NORSRAMCmd(uint32_t FSMC_Bank, FunctionalState NewState);
void FSMC_NANDCmd(uint32_t FSMC_Bank, FunctionalState NewState);
void FSMC_PCCARDCmd(FunctionalState NewState);

这个就比较好理解，我们这里不讲解，我们是 SRAM,所以使用的是第一个函数。

总结

FSMC部分的知识比较枯燥和困难，和计算机组成原理中的存储器有很多联系，最后一篇是用 原子哥 的代码了，终于到实战部分了！未完待续，=w=

这篇关于STM32学习之FSMC的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/206324。

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