本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置 STM32F767IGT6 的硬件FMC外设驱动TFT-LCD屏幕。
1. 准备工作
硬件准备
-
开发板
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32F767IGT6的核心板+底板。 -
TFT-LCD
开发板底板接正点原子4.3寸TFT-LCD。
2. STM32 FMC外设概述
2.1. 什么是FMC
FMC全称Flexible Memory Controller，灵活的内存控制器，顾名思义，其主要作用是：负责向外部扩展的存储类设备提供控制信号。
FMC内存控制器支持的存储设备有：
- Nor Flash、SRAM、PSRAM
- Nand Flash
- SDRAM
- 网卡DM9000（类存储设备）
此外，FMC外设还可以通过配置与LCD控制器连接，它提供Intel 8080并口模式和Motorola 6080并口模式，并且可以灵活的配置为指定的LCD接口类型。
2.2. FMC外设的功能框图
2.3. 外部设备的地址映射（重点）
从FMC的角度来看，外部的存储设备被分为几个固定大小的Bank，每个bank 256 MB。
整个FMC外设映射地址的划分如图：
2.3.1. Bank1
BANK1子分区配置
Bank1的地址空间为：0x6000 0000 - 0x6FFF FFFF，支持外接Nor Flash、PSRAM、SRAM等设备，还可以外接DM9000等类存储设备。
整个Bank1的地址空间被划分为四个子bank，每个子bank的大小为64MB，刚好对应FMC外设的地址总线（FMC_A[0:25]）有26条（2^26=64MB）。
FMC还有两条内部总线ADDR[27:26]，用这两路控制片选信号，如下表：
综合一下如下表：
BANK1控制时序模型
接下来讲述BANK1控制外部存储器的时序模式，BANK1又称为Nor Flash/SRAM/PSRAM控制器，后续暂且叫它SRAM控制器。
SRAM控制器支持两种控制模式：
- 同步模式
- 异步模式
对于异步模式，FMC主要设置三个时序参数：
- 地址建立时间：ADDSET
- 数据建立时间：DATASET
- 地址保持时间：ADDHLD
根据SRAM、PSRAM、Nor Flash的综合特点，FMC定义了四种不同的异步时序模型，如下表：
本文中控制TFT-LCD使用的就是异步ModeA时序模型。
异步ModeA时序模型
模式A时序模型的优势在于：支持独立的读写时序控制。这一点对于控制TFT-LCD来说，非常符合。因为TFT-LCD在读的时候，一般比较慢，而在写入的时候一般比较快。
模式A的读操作时序如图：
模式A的写操作时序如图：
图中ADDSET和DATASET两个时序的值，后续配置的时候会详细讲述。
2.3.2. Bank3
只能外接Nand Flash设备。
2.3.3. SDRAM Bank
只能外接SDRAM设备。
3. 使用STM32CubeMX生成工程
选择芯片型号
打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：
搜索并选中芯片STM32F767IGT6:
配置时钟源
- 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
- 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；
这里我都使用外部时钟：
配置串口
开发板板载了一个CH340换串口，连接到USART1，但是引脚不是默认引脚，需要手动修改。
接下来开始配置USART1并修改引脚：
配置FMC外设
本文所使用的开发板中，将TFT-LCD当做SRAM来操作，连接在FMC的BANK1的第一个区域。
知识点：为什么TFT-LCD可以当做SRAM来控制？
因为TFT-LCD和SRAM相比，同样需要D0-D15数据线，WR、RD、CS控制线，唯一不同的就是TFT-LCD需要一条RS信号线（用于控制传输的是命令还是数据），而SRAM则需要一堆地址线，所以可以巧妙的使用任意一条地址线来当做RS信号。
FMC接口基本配置
开发板上TFT-LCD接口如图：
该接口的原理图如下：
通过原理图可以看出：
- LCD D0-D15：使用了16bit：FMC D0 - FMC D15；
- LCD_RS：使用FMC A18来控制向LCD写入数据还是命令（0-命令，1-数据）；
- LCD_BL：背光控制，对应PB5；
- LCD_CS：LCD片选信号，对应PD7，FMC_NE1；
- LCD_WR ：LCD写使能，对应PD5，FMC_NWE；
- LCD_RD：LCD读使能，对应PD4，FMC_NOE；
- RESET：LCD复位信号，直接与单片机复位信号接在一起；
根据这些信息，在STM32CubeMX中先配置BANK1第一个分区的基本设置：
SRAM时序参数配置
首先设置基本的参数，允许读与写使用不同的模式：
接着配置读操作和写操作时序：
其中主要的时序参数配置方法如下：
① HCLK
时序参数都是以HCLK的周期为单位的，在本文中HCLK=216Mhz，所以一个周期为4.63ns。
② 地址建立时间：Address setup time（ADDSET）
该时序的最大值的15个HCLK，也就是15x4.63=69.45ns，一般设为最大值就好。
③ 数据持续时间：Data setup time(DATASET，读时序特有)
该时序的最大值为255个HCLK，为了让驱动程序兼容更多的屏幕，一般设置为85个HCLK即可吗，大约为368ns。
配置额外的GPIO
在查看TFT-LCD原理图的时候，除了与FMC外设相连的引脚外，还有一些其它的控制引脚，比如LCD背光控制：
配置时钟树
STM32F767IG的最高主频到216M，使HCLK = 216Mhz即可：
生成工程设置
代码生成设置
最后设置生成独立的初始化文件：
生成代码
点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：
4. 编写TFT-LCD驱动（测试是否可以正常读写ID）
封装底层发送/读取函数
LCD的底层无非就是两个API：发送命令、发送数据，（有的还需要从屏幕读取数据），读取接下来使用FMC外设的 HAL 库API，封装出这两个底层API。
之前查看原理图的时候，表示命令或者数据的LCD_RS控制引脚接在FMC_A18上，也就是说地址数据的第18位，所以在头文件lcd-fmc.h中先定义如下的数据类型：
typedef struct lcd_fmc_address_st {
uint16_t lcd_reg;
uint16_t lcd_ram;
} lcd_fmc_address_t;
然后定义一个全局变量指针指向LCD的操作地址，巧妙的让硬件控制所有信号：
#define LCD_BASE ((uint32_t)(0x60000000 | 0x0007FFFE))
#define LCD ((lcd_fmc_address_t*)LCD_BASE)
接着开始封装两个（三个）底层操作函数：
① 发送命令函数：
static void lcd_write_cmd(volatile uint16_t cmd)
{
cmd = cmd; //make compiler happy
LCD->lcd_reg = cmd;
}
② 发送数据函数：
static void lcd_write_data(volatile uint16_t data)
{
data = data; //make compiler happy
LCD->lcd_ram = data;
}
③ 读取数据函数：
static uint16_t lcd_read_data(void)
{
volatile uint16_t data;
data = LCD->lcd_ram;
return data;
}
基于这三个底层API，还可以封装出读写LCD内部寄存器的函数，为了减少一层函数栈调用，我们不调用之前封装的函数，直接操作：
static void lcd_write_reg(uint16_t reg, uint16_t data)
{
LCD->lcd_reg = reg;
LCD->lcd_ram = data;
}
static uint16_t lcd_read_reg(uint16_t reg)
{
uint16_t data;
LCD->lcd_reg = reg;
HAL_Delay(1);
data = LCD->lcd_ram;
return data;
}
MPU配置函数
首先在头文件lcd_fmc.h中定义MPU保护参数：
#define LCD_REGION_NUMBER MPU_REGION_NUMBER0 //LCD使用region0
#define LCD_ADDRESS_START (0x60000000) //LCD区的首地址
#define LCD_REGION_SIZE MPU_REGION_SIZE_256MB //LCD区大小
然后在lcd_fmc.c中编写MPU配置函数：
static void lcd_mpu_config(void)
{
MPU_Region_InitTypeDef MPU_Initure;
HAL_MPU_Disable();
MPU_Initure.Enable=MPU_REGION_ENABLE;
MPU_Initure.Number=LCD_REGION_NUMBER;
MPU_Initure.BaseAddress=LCD_ADDRESS_START;
MPU_Initure.Size=LCD_REGION_SIZE;
MPU_Initure.SubRegionDisable=0x00;
MPU_Initure.TypeExtField=MPU_TEX_LEVEL0;
MPU_Initure.AccessPermission=MPU_REGION_FULL_ACCESS;
MPU_Initure.DisableExec=MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
MPU_Initure.IsShareable=MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
MPU_Initure.IsCacheable=MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
MPU_Initure.IsBufferable=MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_Initure);
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}
LCD控制参数结构体
为了方便驱动不同的IC，保存不同的控制参数，在lcd_fmc.h中封装如下数据类型：
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;
然后在头文件中声明外部变量定义，方便其他程序访问：
extern lcd_params_t lcd_params;
在lcd_fmc.c中定义此变量为全局变量：
lcd_params_t lcd_params;
LCD驱动打印日志的处理
为了方便程序开发，难免要打印一些日志，但是如果printf没有被重定向，则会导致LCD驱动卡死。为了避免这个问题，我们使用宏开关的方式来控制是否打印。
在lcd_fmc.h中定义此宏开关：
#define LCD_LOG_ENABLE 1
接着可以定义一个日志打印函数：
#if LCD_LOG_ENABLE
#include <stdio.h>
#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。
编写LCD控制器ID读取函数
通过主动读取此控制器ID，可以自动检测出是哪种类型的控制器，然后执行不同的驱动代码：
static int lcd_read_id(void)
{
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();
if (lcd_params.lcd_id == 0x9341) {
return 0;
}
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();
if (lcd_params.lcd_id == 0x5310) {
return 0;
}
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();
if (lcd_params.lcd_id == 0x8000) {
lcd_params.lcd_id = 0x5510;
return 0;
}
lcd_params.lcd_id = 0;
return -1;
}
编写LCD初始化函数
LCD初始化需要发送大量的命令和数据，本文限于篇幅，只给出读LCD 控制IC的ID的部分，用来测试LCD是否能正常读写足矣。
void lcd_init(void)
{
MX_FMC_Init();
HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_Port, LCD_BL_Pin, GPIO_PIN_SET);
lcd_mpu_config();
HAL_Delay(50);
if (lcd_read_id() == -1) {
LCD_LOG("Not Support LCD IC!\r\n");
return;
} else {
LCD_LOG("LCD IC ID is:%#x\r\n", lcd_params.lcd_id);
}
return;
}
在lcd_fmc.h中声明该函数：
void lcd_init(void);
测试是否可以正常操作LCD
在main.c中包含进来头文件：
#include <stdio.h>
#include "lcd_fmc.h"
然后在man函数中调用：
printf("4.3' TFT-LCD Driver Test By Mculover666\r\n");
lcd_init();
编译，下载，在串口助手中查看结果：
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