本篇詳細(xì)的記錄了如何使用STM32CubeMX配置 STM32f407ZGT6 的硬件FSMC外設(shè)驅(qū)動TFT-LCD屏幕。

1. 準(zhǔn)備工作

硬件準(zhǔn)備

• 開發(fā)板
  首先需要準(zhǔn)備一個開發(fā)板，這里我準(zhǔn)備的是STM32F407ZGT6的開發(fā)板。

• TFT-LCD
  開發(fā)板底板接正點(diǎn)原子4.3寸TFT-LCD。
  

2. STM32 FSMC外設(shè)概述

2.1. 什么是FSMC

FSMC全稱 Flexible static memory controller，靈活的靜態(tài)內(nèi)存控制器，顧名思義，其主要作用是：負(fù)責(zé)向外部擴(kuò)展的存儲類設(shè)備提供控制信號。

FSMC內(nèi)存控制器支持的存儲設(shè)備有：

• Nor Flash、SRAM、PSRAM

• Nand Flash

• 類SRAM設(shè)備

2.2. FSMC外設(shè)的功能框圖

2.3. 外部設(shè)備的地址映射（重點(diǎn)）

從FSMC的角度來看，外部的存儲設(shè)備被分為幾個固定大小的Bank，每個bank 256 MB。

整個FSMC外設(shè)映射地址的劃分如圖：

2.3.1. Bank1

Bank1的地址空間為：0x6000 0000 - 0x6FFF FFFF，支持外接Nor Flash、PSRAM、SRAM等設(shè)備，還可以外接DM9000等類存儲設(shè)備。

整個Bank1的地址空間被劃分為四個子bank，每個子bank的大小為64MB，剛好對應(yīng)FSMC外設(shè)的地址總線（FSMC_A[0:25]）有26條（2^26=64MB）。

FSMC還有兩條內(nèi)部總線ADDR[27:26]，用這兩路控制片選信號，如下表：

BANK1控制時序模型

接下來講述BANK1控制外部存儲器的時序模式，BANK1又稱為Nor Flash/SRAM/PSRAM控制器，后續(xù)暫且叫它SRAM控制器。

SRAM控制器支持兩種控制模式：

• 同步模式

• 異步模式

對于異步模式，F(xiàn)SMC主要設(shè)置三個時序參數(shù)：

• 地址建立時間：ADDSET

• 數(shù)據(jù)建立時間：DATASET

• 地址保持時間：ADDHLD

根據(jù)SRAM、PSRAM、Nor Flash的綜合特點(diǎn)，F(xiàn)MC定義了四種不同的異步時序模型，如下表：

本文中控制TFT-LCD使用的就是異步ModeA時序模型。

異步ModeA時序模型

模式A時序模型的優(yōu)勢在于：支持獨(dú)立的讀寫時序控制。這一點(diǎn)對于控制TFT-LCD來說，非常符合。因為TFT-LCD在讀的時候，一般比較慢，而在寫入的時候一般比較快。

模式A的讀操作時序如圖：

模式A的寫操作時序如圖：

圖中ADDSET和DATASET兩個時序的值，后續(xù)配置的時候會詳細(xì)講述。

2.3.2. Bank2、3/4

只能外接Nand Flash設(shè)備和PC Card設(shè)備：

3. 使用STM32CubeMX生成工程

選擇芯片型號

打開STM32CubeMX，打開MCU選擇器：

搜索并選中芯片STM32F407ZGT6：

配置時鐘源

• 如果選擇使用外部高速時鐘（HSE），則需要在System Core中配置RCC；

• 如果使用默認(rèn)內(nèi)部時鐘（HSI），這一步可以略過；

這里我都使用外部時鐘：

調(diào)試選項配置

默認(rèn)沒有配置下載引腳，燒錄之后下載器將無法再檢測到，這里我使用ST-Link，所以配置為SW選項：

配置串口

開發(fā)板板載了一個CH340換串口，連接到USART1，但是引腳不是默認(rèn)引腳，需要手動修改。

接下來開始配置USART1：

配置FSMC外設(shè)

本文所使用的開發(fā)板中，將TFT-LCD當(dāng)做SRAM來操作，連接在FSMC的BANK1的第4個區(qū)域。
知識點(diǎn)：為什么TFT-LCD可以當(dāng)做SRAM來控制？
因為TFT-LCD和SRAM相比，同樣需要D0-D15數(shù)據(jù)線，WR、RD、CS控制線，唯一不同的就是TFT-LCD需要一條RS信號線（用于控制傳輸?shù)氖敲钸€是數(shù)據(jù)），而SRAM則需要一堆地址線，所以可以巧妙的使用任意一條地址線來當(dāng)做RS信號。

FSMC配置

開發(fā)板上 TFT-LCD 的原理圖如下：

通過原理圖可以看出：

• LCD D0-D15：使用了16bit：FSMC D0 - FSMC D15；

• LCD_RS：使用FSMC A6來控制向LCD寫入數(shù)據(jù)還是命令（0-命令，1-數(shù)據(jù)）；

• LCD_BL：背光控制，對應(yīng)PB5；

• LCD_CS：LCD片選信號，F(xiàn)MC_NE4，表示使用Bank1的Bank4子區(qū)域

• LCD_WR ：LCD寫使能，F(xiàn)SMC_NWE；

• LCD_RD：LCD讀使能，F(xiàn)SMC_NOE；

• RESET：LCD復(fù)位信號，直接與單片機(jī)復(fù)位信號接在一起；

根據(jù)這些信息，在STM32CubeMX中先配置SRAM4的基本設(shè)置：

此處如果選擇LCD接口類型和SRAM類型的區(qū)別在于：
LCD接口類型只會配置用到的那一個地址引腳，而SRAM類型則會配置所有的地址引腳。

SRAM基本參數(shù)配置

首先設(shè)置基本的參數(shù)，允許讀與寫使用不同的模式：

SRAM時序參數(shù)配置

本文中使用的LCD控制器為NT35510控制器，找到其數(shù)據(jù)手冊，查看：

其中主要的時序參數(shù)配置方法如下。

讀時序配置

① HCLK

時序參數(shù)都是以HCLK的周期為單位的，在本文中HCLK=168Mhz，所以一個周期為5.95ns。

② 地址建立時間：Address setup time（ADDSET）

該時序的最大值的15個HCLK，從圖中可以看出，NT35110控制器要求讀的時候最小為10ns，,所以設(shè)為2即可，2x5.95=11.9ns。

③ 數(shù)據(jù)持續(xù)時間：Data setup time(DATASET)

讀時序比較慢，該時序的最大值為255個HCLK，從圖中可以看出，NT35510控制器要求的數(shù)據(jù)建立時間最小為15ns，但因為讀時序比較慢，所以設(shè)為4，4x5.95=23.8ns。

寫時序配置

① HCLK

時序參數(shù)都是以HCLK的周期為單位的，在本文中HCLK=168Mhz，所以一個周期為5.95ns。

② 地址建立時間：Address setup time（ADDSET）

該時序的最大值為15個HCLK，NT35110控制器要求寫的時候最小為0，,所以設(shè)為0即可。

③ 數(shù)據(jù)持續(xù)時間：Data setup time(DATASET)

寫時序比較快，該時序的最大值為255個HCLK，圖中可以看出，NT35510控制器要求的數(shù)據(jù)建立時間最小為15ns，但因為讀時序比較慢，所以設(shè)為3，3x5.95=17.85ns。

綜合上述計算，配置情況如下：

配置背光引腳

配置時鐘樹

STM32F407ZGT6的最高主頻到168M，使HCLK = 168Mhz即可：

生成工程設(shè)置

代碼生成設(shè)置

最后設(shè)置生成獨(dú)立的初始化文件：

生成代碼

點(diǎn)擊GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

4. 編寫TFT-LCD驅(qū)動（測試是否可以正常讀寫ID）

特別提醒：STM32CubeMX生成的工程默認(rèn)開啟了-O3優(yōu)化，編寫的驅(qū)動太菜了，會出問題，所以遇到玄學(xué)Bug請改為-O0優(yōu)化！

封裝底層發(fā)送/讀取函數(shù)

LCD的底層無非就是兩個API：發(fā)送命令、發(fā)送數(shù)據(jù)，（有的還需要從屏幕讀取數(shù)據(jù)），接下來封裝出這兩（三）個底層API。

之前查看原理圖的時候，表示命令或者數(shù)據(jù)的LCD_RS控制引腳接在FMC_A6上，也就是說地址數(shù)據(jù)的第6位，所以在頭文件lcd-fsmc.h中先定義：

/* 通過地址線控制RS引腳 */

#define LCD_CMD_ADDR            0x6c00007E

#define LCD_DAT_ADDR            0x6c000080

接著開始封裝兩個（三個）底層操作函數(shù)：

① 發(fā)送命令函數(shù)：

/**

 * @brief    向LCD寫入命令

 * @param    cmd 待寫入命令

 * @retval   none

*/

static void lcd_write_cmd(__IO uint16_t cmd)

{

    *(uint16_t *)(LCD_CMD_ADDR) = cmd;

}

② 發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)：

/**

 * @brief    向LCD寫入數(shù)據(jù)

 * @param    data 待寫入數(shù)據(jù)

 * @retval   none

*/

static void lcd_write_data(__IO uint16_t data)

{

    *(uint16_t *)(LCD_DAT_ADDR) = data;

}

③ 讀取數(shù)據(jù)函數(shù)：

/**

 * @brief    從LCD讀取數(shù)據(jù)

 * @param    none

 * @retval   讀取到的數(shù)據(jù)

*/

static uint16_t lcd_read_data(void)

{

    __IO uint16_t data;

    data = *(uint16_t *)(LCD_DAT_ADDR);

    return data;

}

基于這三個底層API，還可以封裝出讀寫LCD內(nèi)部寄存器的函數(shù)：

/**

 * @brief    寫LCD中的寄存器

 * @param    reg  寄存器序號

 * @param    data 要寫入寄存器的值

 * @retval   none

*/

static void lcd_write_reg(__IO uint16_t reg, __IO uint16_t data)

{

    lcd_write_cmd(reg);

    lcd_write_data(data);

}

LCD控制參數(shù)結(jié)構(gòu)體

為了方便驅(qū)動不同的IC，保存不同的控制參數(shù)，在lcd_fmc.h中封裝如下數(shù)據(jù)類型：

/**

 * @brief    保存LCD屏幕參數(shù)

 * @param    lcd_width     LCD屏幕寬度

 * @param    lcd_height    LCD屏幕高度

 * @param    lcd_id        LCD 驅(qū)動IC ID

 * @param    lcd_direction LCD橫屏顯示還是豎屏顯示，0-豎屏，1-橫屏

 * @param    wram_cmd      開始寫gram指令

 * @param    set_x_cmd     設(shè)置x坐標(biāo)指令

 * @param    set_y_cmd     設(shè)置y坐標(biāo)指令

*/

typedef struct lcd_params_st {

    uint16_t lcd_width;

    uint16_t lcd_height;

    uint16_t lcd_id;

    uint8_t  lcd_direction;

    uint16_t wram_cmd;

    uint16_t set_x_cmd;

    uint16_t set_y_cmd;

} lcd_params_t;

然后在頭文件中聲明外部變量定義，方便其他程序訪問：

extern lcd_params_t lcd_params;

在lcd_fsmc.c中定義此變量為全局變量：

lcd_params_t lcd_params;

LCD驅(qū)動打印日志的處理

為了方便程序開發(fā)，難免要打印一些日志，但是如果printf沒有被重定向，則會導(dǎo)致LCD驅(qū)動卡死。為了避免這個問題，我們使用宏開關(guān)的方式來控制是否打印。

在lcd_fsmc.h中定義此宏開關(guān)：

/* 使能此驅(qū)動是否打印調(diào)試日志（需要printf支持） */

#define LCD_LOG_ENABLE          1

接著可以定義一個日志打印函數(shù)：

#if LCD_LOG_ENABLE

#include

#define LCD_LOG printf

#else

#define LCD_LOG(format,...)

#endif

之后所以需要打印的地方使用LCD_LOG代替printf即可。

編寫LCD控制器ID讀取函數(shù)

通過主動讀取此控制器ID，可以自動檢測出是哪種類型的控制器，然后執(zhí)行不同的驅(qū)動代碼：

static int lcd_read_id(void)

{

    /* 嘗試執(zhí)行ILI9341控制器ID的讀取流程 */

    lcd_write_cmd(0XD3);    

lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();    

lcd_params.lcd_id <<= 8;

lcd_params.lcd_id |= lcd_read_data();

    /* 如果正常讀到，則返回成功 */

    if (lcd_params.lcd_id == 0x9341) {

        return 0;

    }

    /* 嘗試執(zhí)行NT35310控制器ID的讀取流程 */

    lcd_write_cmd(0XD4);    

    lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

    lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

    lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

    lcd_params.lcd_id <<= 8;  

    lcd_params.lcd_id |= lcd_read_data();

    /* 如果正常讀到，則返回成功 */

    if (lcd_params.lcd_id == 0x5310) {

        return 0;

    }

    /* 嘗試執(zhí)行NT35510控制器ID的讀取流程 */

    lcd_write_cmd(0XDA00);

    lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

    lcd_write_cmd(0XDB00);

    lcd_params.lcd_id = lcd_read_data();

    lcd_params.lcd_id <<= 8;  

    lcd_write_cmd(0XDC00);

    lcd_params.lcd_id |= lcd_read_data();

    /* 如果正常讀到，則返回成功 */

    if (lcd_params.lcd_id == 0x8000) {

        lcd_params.lcd_id = 0x5510;

        return 0;

    }

    /* 驅(qū)動IC不支持 */

    lcd_params.lcd_id = 0;

    return -1;

}

編寫LCD初始化函數(shù)

LCD初始化需要發(fā)送大量的命令和數(shù)據(jù)，本文限于篇幅，只給出讀LCD 控制IC的ID的部分，用來測試LCD是否能正常讀寫足矣。

void lcd_init(void)

{

    /* 初始化FMC接口 */

    //MX_FSMC_Init();

    /* 開啟背光 */

    HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_Port, LCD_BL_Pin, GPIO_PIN_SET);

  HAL_Delay(50); 

  /* 讀取LCD控制器IC */

    if (lcd_read_id() == -1) {

        LCD_LOG("Not Support LCD IC!rn");

        return;

    } else {

        LCD_LOG("LCD IC ID is:%#xrn", lcd_params.lcd_id);  

    }

return;

}

在lcd_fsmc.h中聲明該函數(shù)：

void lcd_init(void);

測試是否可以正常操作LCD

在main.c中包含進(jìn)來頭文件：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include

#include "lcd_fsmc.h"

/* USER CODE END Includes */

然后在man函數(shù)中調(diào)用：

/* USER CODE BEGIN 2 */

printf("4.3' TFT-LCD Test By Mculover666rn");

lcd_init();

/* USER CODE END 2 */

編譯，下載，在串口助手中查看結(jié)果：

5. 編寫TFT-LCD驅(qū)動（初始化、刷屏測試）

可以正常讀取ID之后，接下來的工作是：

發(fā)送一堆一堆的命令，初始化屏幕；

設(shè)置坐標(biāo)

清屏

刷屏測試

① LCD開顯示、關(guān)顯示、LCD設(shè)置掃描方向、 LCD設(shè)置顯示方向、LCD設(shè)置光標(biāo)位置這些函數(shù)代碼不多，需要的話請查看源碼。

② 清屏函數(shù)：

static void lcd_write_ram_start(void)

{

    lcd_write_cmd(lcd_params.wram_cmd);

}

static void lcd_write_ram(uint16_t rgb_color)

{

    lcd_write_data(rgb_color);

}

void lcd_clear(uint16_t color)

{

uint32_t index = 0;      

uint32_t totalpoint = lcd_params.lcd_width;

    /* 計算得到總點(diǎn)數(shù) */

totalpoint *= lcd_params.lcd_height;

    /* 設(shè)置光標(biāo)位置 */

lcd_set_cursor(0x00,0x0000);

    /* 開始寫入GRAM */

lcd_write_ram_start();

    /* 寫入數(shù)據(jù)到GRAM */

for (index = 0; index < totalpoint; index++) {

lcd_write_ram(color);

}

}

③ 初始化函數(shù)：代碼過長，請查看源碼。

這三類函數(shù)實現(xiàn)完之后，就可以編寫一個如下的刷屏測試函數(shù)：

void lcd_auto_clear(uint16_t period_ms)

{

    lcd_clear(BLACK);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(BLUE);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(GREEN);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(GBLUE);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(CYAN);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(GRAY);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(BROWN);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(RED);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(BRED);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(BRRED);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(YELLOW);

    HAL_Delay(period_ms);

    lcd_clear(WHITE);

    HAL_Delay(period_ms);

}

在main函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)，分別給予不同的刷新頻率，測試刷屏速度和效果。

6. 實現(xiàn)打點(diǎn)、畫線、填充函數(shù)（重點(diǎn)）

打點(diǎn)函數(shù)

/**

 * @brief    LCD打點(diǎn)函數(shù)

 * @param    x_pos x方向坐標(biāo)

 * @param    y_pos y方向坐標(biāo)

 * @retval   none

*/

void lcd_draw_point(uint16_t x_pos, uint16_t y_pos, uint16_t color)