LV16-26-LCD-03-ILI9341驱动LCD

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本文主要是STM32开发——ILI9341驱动LCD的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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教程书籍《ARM Cortex-M3权威指南》ARM公司专家Joseph Yiu（姚文祥）的力作，中文翻译是NXP的宋岩
《ARM Cortex-M0权威指南》
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一、相关资料

这一部分主要看一下我们有哪些资料可以看，注意这里的资料都是放在本地的笔记对应的文件夹中：

二、2.8寸LCD模块

我使用的是正点原子的2.8寸LCD模块，后边也是以这个模块进行学习。

1. 屏幕简介

ATK-MD0280-V2.4（V2.4 是版本号，下面均以 ATK-MD0280 表示该产品）是正点原子推出的一款高性能 2.8 寸电阻触摸屏模块。该模块屏幕分辨率为 320*240， 16 位真彩显示，采用 ILI9341/ST7789 驱动，该芯片直接自带 GRAM，无需外加驱动器，因而任何单片机，都可以轻易驱动。 ATK-MD0280 模块采用电阻触摸屏， 精度高，抗干扰能力强，稳定性好，但不支持多点触摸。

image-20230503205011631

在它的内部包含了一个型号为ILI9341的液晶控制器芯片(由于集成度高，所以图中无法看见)，该液晶控制器使用8080接口与单片机通讯，图中液晶面板引出的FPC信号线即8080接口(RGB接口已在内部直接与ILI9341相连)，且控制器中包含有显存，单片机把要显示的数据通过引出的8080接口发送到液晶控制器，这些数据会被存储到它内部的显存中，然后液晶控制器不断把显存的内容刷新到液晶面板，显示内容。

2. 模块参数

项目 说明
接口类型 LCD： Intel8080-16 位并口 触摸屏： SPI
颜色格式 RGB565
颜色深度 16 位
LCD 驱动器芯片 ILI9341/ST7789
电阻触摸屏触摸芯片 XPT2046 / HR2046
LCD 分辨率 320*240
触摸屏类型 电阻触摸
触摸点数 单点触摸
屏幕尺寸 2.8’
工作温度 -20℃~70℃
存储温度 -30℃~80℃
外形尺寸 51mm*82.6mm

3. 电气特性

项目 说明
电源电压 背光： 5V 其他： 3.3V
IO 口电平 3.3V
功耗 30~113mA

（1）3.3V 系统，可以直接接本模块（供电必须 5V&3.3V 双供电），如果是 5V 系统，建议串接 100R左右电阻，做限流处理。

（2）30mA 对应背光关闭时的功耗， 113mA 对应背光最亮时的功耗，此数据是模块的总功耗（包括3.3V 和 5V 电源部分），实际应用中功耗会由于电源电压的波动而略微变化。

4. 模块特点

（1）320× 240 的分辨率；

（2）自带驱动，无需外加驱动器，单片机直接使用；

（3）板载背光电路，只需要 3.3V&5V 供电即可，无需外加高压；

（4）接口简单（LCD 采用 16 位 8080 并口，触摸屏采用 SPI 接口），使用方便；

（5）PCB 尺寸为 51mm*82.6mm，并带有安装孔位，安装方便；

（6）16 位真彩显示（65536色）。

【注意】模块是3.3V供电的，不支持5V电压的MCU，如果是5V MCU，必须在信号线串接120R电阻使用。

5. 模块原理图

这个原理图是来自于模块自带的资料。

image-20230503205516509

【注意】DB1DB8，DB10DB17，总是按顺序连接MCU的FSMC_D0~D15

序号 名称 说明
1 CS LCD 片选信号（低电平有效）
2 RS 命令/数据控制信号（0，命令； 1，数据；）
3 WR 写使能信号（低电平有效）
4 RD 读使能信号（低电平有效）
5 RST 复位信号（低电平有效）
6~21 D0~D15 双向数据总线
22,26,27 GND 地线
23 BL_CTR 背光控制引脚（高电平点亮背光，低电平关闭）
24,25 VCC3.3 主电源供电引脚（3.3V）
28 VCC5 背光供电引脚（5V）
29 MISO NC，电容触摸屏未用到
30 MOSI 电容触摸屏 IIC_SDA 信号(CT_SDA)
31 PEN 电容触摸屏中断信号(CT_INT)
32 BUSY NC，电容触摸屏未用到
33 CS 电容触摸屏复位信号(CT_RST)
34 CLK 电容触摸屏 IIC_SCL 信号(CT_SCL)

6. 与STM32接线

TFTLCD 模块采用 2*17 的 2.54 公排针与外部连接（即接开发板的接口），与STM32引脚接口定义如图所示 ：

image-20230503210953410

7. 裸屏引脚

我们来看一下00ATK-MD0280裸屏尺寸图（钢化玻璃TP）.pdf中的LCD裸屏引脚图：

image-20230517232250346

这是裸屏的引脚排布，裸屏是接了一个ILI9341液晶控制器，我们通过控制ILI9341控制器来驱动LCD屏幕。

三、ILI9341驱动

1. 简介

ILI9341是奕力科技股份有限公司 (ilitek.com)的一款小尺寸驱动IC，我在官网没看到芯片手册，但是有些查datasheet的地方是可以查到的，这里就不写链接了。我在本地保存了一份：01ILI9341_DS.pdf

它是一个支持分辨率为240x320点阵的a-TFT LCD 的262144（26万色）色单片驱动器。这个单片驱动器包含了一个720通道的源极驱动器（source driver)，一个320通道的栅极驱动器（gate driver），自带一个172800字节（320x240x18/8）的GRAM用于显示240x320分辨率的图片数据。ILI9341提供8位/9位/16位/18位的并行MCU数据总线，6位/16位/18位RGB接口数据总线以及3或4线SPI接口（serial peripheral interface），工作于1.65V-3.3V。

2. 内部框图

我们可以查看01ILI9341_DS.pdf的3. Block Diagram :

image-20230519211819014

2.1 ① 控制和信号引脚

①为控制引脚和信号引脚，支持DBI B类接口（ Intel 8080接口）、 DPI接口、 MIPI DSI接口输入。我们可以根据其不同状态设置可以使芯片工作在不同的模式，如每个像素点的位数是6、16还是18位；可配置使用SPI接口、8080接口还是RGB接口与MCU进行通讯。

MCU可以通过SPI、8080接口或RGB接口与ILI9341进行通讯，从而访问它的控制寄存器(CR)、地址计数器(AC)、及GRAM。经过索引寄存器（ IR）、 控制寄存器（ CR）、地址寄存器（ AC）、读数据寄存器（ RDR）、写数据寄存器（ WDR）到GRAM。最后， GRAM把显示内容传输到LCD屏幕的显示。

控制引脚IM[2:0]用于设置控制器的接口模式，如下表所示（01ILI9341_DS.pdf的6. Block Function Description ）。 我使用的这个显示屏支持的接口为16 Bit的MIPI-DBIB类，也就是8080接口，使用16根数据线，支持RGB565格式，因此IM[2:0]值为001，该值由屏幕供应商生产时硬件设置，此时用到的数据引脚为DB[15:0]。

image-20230519212447766

2.2 ② GRAM

该芯片最主核心部分是位于中间的GRAM(Graphics RAM)，它就是显存。GRAM中每个存储单元都对应着液晶面板的一个像素点。它右侧的各种模块共同作用把GRAM存储单元的数据转化成液晶面板的控制信号，使像素点呈现特定的颜色，而像素点组合起来则成为一幅完整的图像。

2.3 ③ LED控制器

在GRAM的左侧还有一个 ③ LED控制器(LED Controller)。LCD为非发光性的显示装置，它需要借助背光源才能达到显示功能，LED控制器就是用来控制液晶屏中的LED背光源。

3. 与STM32引脚对应关系

这些引出的信号线即8080通讯接口，带 X 的表示低电平有效，STM32通过该接口与ILI9341芯片进行通讯，实现对液晶屏的控制。通讯的内容主要包括命令和显存数据，显存数据即各个像素点的RGB565内容；命令是指对ILI9341的控制指令，MCU可通过8080接口发送命令编码控制ILI9341的工作方式，例如复位指令、设置光标指令、睡眠模式指令等等，具体的指令在01ILI9341_DS.pdf 数据手册均有详细说明。

image-20230519214635944

我们这一节笔记用到的信号线如下表（注意我使用的模块只引出了DB[15:0]使用）：

信号线 ILI9341对应的信号线 说明
LCD_DB[17:1] D[15:0] 16位双向数据线
LCD_RD RDX LCD读数据信号，低电平有效
LCD_RS D/CX 数据/命令信号，高电平时，D[15:0]表示的是数据(RGB像素数据或命令数据)，低电平时D[15:0]表示控制命令
LCD_RST RESX 硬复位信号，低电平有效
LCD_WR WRX LCD写数据信号，低电平有效
LCD_CS CSX LCD片选信号，低电平有效
LCD_BL - LCD的背光信号，低电平点亮

模块对外接口采用16位并口，颜色深度为16位，格式为RGB565，关系如下图：

image-20230519225138990

4. 向ILI9341写的时序

我们可以看01ILI9341_DS.pdf 的7.1.3. Write Cycle Sequence 一节：

image-20230519215250956

（1）写命令时序由片选信号CSX拉低开始；

（2）对数据/命令选择信号线D/CX也置低电平，这表示写入的是命令地址(可理解为命令编码，如软件复位命令：0x01)；

（3）以写信号WRX为低，读信号RDX为高，表示数据传输方向为写入，在WR的上升沿，使D[17:0]上的数据写入到ILI9341里面。同时，在数据线D[17:0](或D[15:0])输出命令地址。

（4）在第二个传输阶段传送的是命令的参数，所以D/CX要置高电平，表示写入的是命令数据，命令数据是某些指令带有的参数，如复位指令编码为0x01，它后面可以带一个参数，该参数表示多少秒后复位(实际的复位命令不含参数，此处只是为了先了解一下指令编码与参数的区别)。

我们看一个更详细的图：

image-20230519215852281

首先片选信号CS拉低，复位信号RES保持为高。 数据/命令切换信号D/C拉低，写信号引脚拉低，此时DB[15:0]发送的就是指令（黄色部分） ；数据/命令切换信号D/C拉高，写信号引脚拉低，此时DB[15:0]发送的就是一个像素点的颜色数据（ 红、绿、蓝部分） ，其中低5位为蓝色数据、中6位为绿色数据、高5位为红色数据。

5. 从ILI9341读的时序

这里我们一般用的不多，这里简单提一下吧，我们可以看01ILI9341_DS.pdf 的7.1.4. Read Cycle Sequence 一节：

image-20230519220200874

先根据要读取的数据的类型，设置RS为高（数据）/低（命令），然后拉低片选，选中ILI9341，接着我们根据是读数据，置RD为低，然后读数据，在RD的上升沿， 读取数据线上的数据（D[15:0]）。

6. 命令与寄存器

这一部分我们可以查看01ILI9341_DS.pdf 的8. Command一节，这个后边开始学习驱动LCD的代码的时候结合来看会更加容易理解。这里简单学习几个吧。学到这里，其实觉得挺奇怪的，在芯片手册中，没有看到寄存器的相关概念，也可能是我没有仔细看吧，手册中都是一些命令，但是这些命令控制的应该都是寄存器才对，所以后边这些的话，就可以看作是命令去控制的寄存器。

6.1 命令格式说明

ILI9341所有的指令都是 8 位的（高 8 位无效），且参数除了读写GRAM的时候是 16 位，其他操作参数，都是 8 位的。

6.2Read ID4 (D3h)

该指令为读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID 。因此，同一个代码，可以根据ID的不同，执行不同的LCD驱动初始化，以兼容不同的LCD屏幕。

image-20230519225401282

6.3 Memory Access Control (36h)

该指令为存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向，简单的说，就是在连续写GRAM的时候，可以控制GRAM指针的增长方向，从而控制显示方式（读GRAM也是一样）。

image-20230519225604394

6.4 . Column Address Set (2Ah)

该指令是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置横坐标（x坐标）：

image-20230519225636754

在默认扫描方式时，该指令用于设置x坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SC和EC，即列地址的起始值和结束值，SC必须小于等于EC，且0≤SC/EC≤239。一般在设置x坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SC即可，因为如果EC没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。

6.5 Page Address Set (2Bh)

该指令是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认）下面，该指令用于设置纵坐标（y坐标）：

image-20230519225718890

在默认扫描方式时，该指令用于设置y坐标，该指令带有4个参数，实际上是2个坐标值：SP和EP，即页地址的起始值和结束值，SP必须小于等于EP，且0≤SP/EP≤319。一般在设置y坐标的时候，我们只需要带2个参数即可，也就是设置SP即可，因为如果EP没有变化，我们只需要设置一次即可（在初始化ILI9341的时候设置），从而提高速度。

6.6 Memory Write (2Ch)

该指令是写GRAM指令，在发送该指令之后，我们便可以往LCD的GRAM里面写入颜色数据了，该指令支持连续写 (地址自动递增)：

image-20230519225754328

在收到指令0X2C之后，数据有效位宽变为16位，我们可以连续写入LCD GRAM值，而GRAM的地址将根据MY/MX/MV设置的扫描方向进行自增。例如：假设设置的是从左到右，从上到下的扫描方式，那么设置好起始坐标（通过SC，SP设置）后，每写入一个颜色值，GRAM地址将会自动自增1（SC++），如果碰到EC，则回到SC，同时SP++，一直到坐标：EC，EP结束，其间无需再次设置的坐标，从而大大提高写入速度。

6.7 Memory Read (2Eh)

该指令是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM），同0X2C指令，该指令支持连续读 (地址自动递增)：

image-20230519225832833

ILI9341在收到该指令后，第一次输出的是dummy数据（无效），第二次开始，读取到的才是有效的GRAM数据（从坐标：SC，SP开始），输出规律为：每个颜色分量占8个位，一次输出2个颜色分量。比如：第一次输出是R1G1，随后的规律为：B1R2→G2B2→R3G3→B3R4→G4B4→R5G5… 以此类推

7. 内存显示地址映射

这一部分可以参考01ILI9341_DS.pdf 的9.2. Memory to Display Address Mapping 一节，对后边理解扫描方向会有好处。其实这一部分笔记有一些是从网上看的，有一些概念看的我挺不明所以的，后来来起来按照我自己的理解，这里GRAM是一个虚拟内存，缓存我们要显示的数据，我们通过MCU向GRAM写入数据，然后LCD屏幕会有一个类似“电子枪”的东西，从GRAM中取出像素点的数据，然后按照特定的扫描方式，点亮LCD面板的真实像素点，这些真实的像素点，按照我自己的理解，我觉得可以理解成LCD的物理内存。

7.1 GRAM与LCD面板

这里的模式为Normal Display ON or Partial Mode ON, Vertical Scroll Mode OFF，也就是说下图只讨论“正常显示”，不讨论“垂直滚动显示”模式。

image-20230523221724206

可以看到GRAM内存被两个指针访问，行指针和列指针，行指针范围从0000h到0013Fh（换算成十进制就是0到319，一共320行），列指针范围为0000h到00EFh（换算成十进制就是0到239，一共240列）。也就是说，GRAM和LCD像素面板的对应关系是一种竖屏（240*320）的对应的关系。至于如何让GRAM数据显示到LCD屏上，不需要我们去考虑，只要知道这种对应关系就可以了。我们要是想要在最左上角显示一个点，可以将将点数据存储在GRAM(列指针，页指针)=(0,0)处。

当实际将GRAM中的数据刷新到LCD屏进行显示的时候，ILI9341有8种显示方式：左上角→右下角（竖屏）、左下角→右上角（竖屏）、右上角→左下角（竖屏）、右下角→左上角（竖屏）、左上角→右下角（横屏）、左下角→右上角（横屏）、右上角-→左下角（横屏）、右下角→左上角（横屏），既然GRAM与LCD像素面板的点是固定对应的，那么不同的显示模式又是怎么实现的呢？

按照我自己的理解，GRAM与LCD面板的像素点的地址是一一对应的，这个对应关系是无法被改变的，前边我们知道，要想显示一幅图像，有一个行同步信号，比如就从左上角开始显示，当显示完一行的时候，会自动进行下一行的显示，显示完一帧图像的时候，会产生一个帧同步信号，进行下一帧的显示，此时就显示到了右下角。当然这里的扫描针对的是LCD显示屏，而非GRAM，可以想象一下，我们有一个写在GRAM(0,0)位置的像素点，现在我们要开始显示，我们在LCD屏的右下角开始显示，那么读取的这一个像素的数据就会被显示到LCD屏的右下角。

7.2 MCU对GRAM的写/读方向

image-20230523222310976

从这张图可以看出，我们通过MCU向GRAM写入数据的时候，数据按照上面所示的顺序写入，B为起始点，E为结束点，按照从左到右，从上到下的顺序进行写入，写入完一行数据后，切换到下一行进行显示。

接下来就是将GRAM中的数据刷新到到LCD的像素面板（也可以称之为物理内存吧，单证目前我是这么认为的）进行显示，在物理内存中写入数据的计数器由“Memory Data Access Control（36h）”命令控制，B5、B6和B7位如下所述：

image-20230524123443366

从图中可以看出，B5位对应的是 MADCTL (Memory Access Control) 寄存器中的D5，表示交换行列，B6对应的是D6，表示列地址顺序，B7对应的是D7，表示的是行地址顺序。多以这里的B[7:5]就对应MADCTL 的D[7:5]，这三位共同决定了LCD的八种扫描方式。图中的四个角有四个说明，它们都是在不关心行列交换的情况下，另外两位取不同值的时候整个LCD显示的时候扫描的起始点。比如，B6=0，B7=1，这个时候LCD开始显示的时候，起始点就是左下角的（0,319），对于虚拟地址来说就会显示GRAM中(0, 0)这个位置的数据，当然，这个值是针对竖屏240*320来讲的。

详细的GRAM中的虚拟地址到LCD中的物理地址的转换关系如下表：

image-20230524124345341

于是我们从GRAM到LCD就有8种扫描模式啦。

7.2 8种显示方向

一些说明：

（1）MV、MX、MY的控制位在命令 0x36 对应的寄存器中

（2）Image in the Memory（MPU）中描述的是在MCU的240（宽）* 320（高）* 16bit（RGB565显示方式）中显示了一个图像“F”。

（3）Image In the Driver（Frame Memory）描述的是经过虚拟地址到物理地址转换器后，实际传输到GRAM中的数据显示阵列。

（4）B、E分别描述了MCU传输的数据流的起始位置和终止位置，下边的图都是来自于01ILI9341_DS.pdf 的9.3. MCU to memory write/read direction一节。这里需要注意，从GRAM读取像素点的数据，这个顺序按照从左到右，从上到下的顺序进行，然后送到LCD显示的时候，根据MY、MX和MV三个位的不同值，从指定的位置开始，到这个位置的对角结束，按照先行后列的方式进行扫描显示。

其实不论哪种显示方向，其实并没有改变GRAM物理内存与LCD显示屏的对应关系，也即是说GRAM物理内存与显示屏之间的对应关系、内存到LCD的扫描方式，是固定不变的。那么这种显示方向是怎么出现的？

实际上，显示方向说的是MCU的显示缓存MPU（或者MCU读写GRAM的数据流）与LCD显示屏的对应关系。由于GRAM地址与LCD显示屏像素点的物理地址的对应关系是不会改变的。

用户在写程序的过程中，LCD显示操作是更改MPU的内容，至于MPU到GRAM的传输是驱动程序完成的，就是前边学习的8080时序。也就是说，用户控制显示的内容，接触的是MPU（其实就是GRAM啦），而更改显示方向需要配置ILI9341的寄存器。其实，ILI9341的扫描方向的功能也可以没有，但是这个时候要想改变显示的方向之类的，需要用户自己软件进行转换，直接在GRAM中进行转换，然后刷新到LCD屏幕，其实ILI9341配置的那3位就相当于帮我们做了一个转换关系表，这样就不用我们自己去配置了。

7.2.1 Normal

image-20230523223202157

这是正常的模式，以(x，y)表示(列地址，行地址)，那么MCU向（0，0）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（0，0），对应LCD的左上角。MCU向（239，319）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（239,319），对应LCD的右下角。

image-20230523224446808
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
000 000 0 0 0 0

7.2.2 Y-Mirror

image-20230523223509624

这是Y镜像，也就是行地址翻转的情况，以(x，y)表示(列地址，行地址)，那么MCU向（0，0）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（0，319），对应LCD的左下角：

image-20230524130422020

MCU向（239，319）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（239，0），对应LCD的右上角。最终的效果就是LCD的显示实现了Y方向上的翻转。

image-20230523224720981
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
100 100 1 0 0 4

7.2.3 X-Mirror

image-20230523223647692
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
010 010 0 1 0 2

7.2.4 X/Y-Mirror

image-20230523223825411
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
110 110 1 1 0 6

7.2.5 X-Y Exchange

image-20230523223947867

这是XY交换，也就是行列地址交换的情况，以(x，y)表示(列地址，行地址)，MCU向（0，0）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（0,0），对应LCD的左上角。MCU向（239，319）写入数据，经过虚拟地址到物理地址的转换，实际写入到GRAM的地址是（319，239），对应LCD的右下角。经过这样的变换，LCD就从原来的竖屏变成了横屏显示。最终的效果就是LCD的显示实现了行列的交换。

B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
001 001 0 0 1 1

7.2.6 X-Y Exchange Y-Mirror

image-20230523224100259
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
101 101 1 0 1 5

7.2.7 XY Exchange X-Mirror

image-20230523224159218
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
011 011 0 1 1 3

7.2.8 XY Exchange XY-Mirror

image-20230523224301780
B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制
111 111 1 1 1 7

7.2.9 八种显示方向对应关系

B[7:5] D[7:5] MY MX MV D[7:5]十进制 模式说明 图片对应
000 000 0 0 0 0 Normal image-20230524133046886
001 001 0 0 1 1 X-Y Exchange image-20230524133125714
010 010 0 1 0 2 X-Mirror image-20230524133202987
011 011 0 1 1 3 XY Exchange X-Mirror image-20230524215000828
100 100 1 0 0 4 Y-Mirror image-20230524215142332
101 101 1 0 1 5 X-Y Exchange Y-Mirror image-20230524215313557
110 110 1 1 0 6 X/Y-Mirror image-20230524215421446
111 111 1 1 1 7 XY Exchange XY-Mirror image-20230524215619493

四、FSMC模拟8080时序

1. FSMC？

ILI9341的8080通讯接口时序可以由STM32使用普通I/O接口进行模拟，但这样效率太低，STM32提供了一种特别的控制方法——使用FSMC接口实现8080时序。

image-20230519221727962

我们前边学习SRAM的时候了解到STM32的FSMC外设可以用于控制扩展的外部存储器，而MCU对液晶屏的操作实际上就是把显示数据写入到显存中，与控制存储器非常类似，且8080接口的通讯时序完全可以使用FSMC外设产生，因而非常适合使用FSMC控制液晶屏。

2. NOR闪存，非复用接口

控制LCD时，适合使用FSMC的NOR\PSRAM模式，它与前面使用FSMC控制SRAM的稍有不同，控制SRAM时使用的是模式A，而控制LCD时使用的是与NOR FLASH一样的模式B，所以我们重点分析前边框图中NOR FLASH控制信号线部分。我们可以看[STM32中文参考手册](https://www.stmcu.com.cn/Designresource/detail/localization_document /710001)的19.5.1 外部存储器接口信号：

FSMC信号名称 信号方向 功能
CLK 输出 时钟信号（ 用于同步访问的外部存储器）
A[25:16] 输出 地址总线
AD[15:0] 输入/输出 16位复用的，双向地址/数据总线
NEx 输出 Bank1区域内片选信号， x=1~4，每个区域大小为64MB
NOE 输出 读使能信号
NWE 输出 写使能信号
NWAIT 输入 NOR闪存要求FSMC等待的信号

NOR闪存存储器是按16位的字寻址，最大容量达64M字节(26条地址线)。在控制LCD时，使用的是类似异步、地址与数据线独立的NOR FLASH控制方式，所以实际上CLK、NWAIT、NADV引脚并没有使用到。

3. ILI9341与FSMC怎么连接？

首先我们回顾下外部 SRAM的连接，外部 SRAM 的控制一般有：地址线（如 A0A18）、数据线（如 D0D15）、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的信号我们在前边有介绍，包括： D/C、 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： D/C、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 D/C 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 D/C 接在 FSMC_A0 上面，那么当 FSMC 控制器写地址 0 的时候，会使得 FSMC_A0 变为 0，对 TFTLCD 来说，就是写命令。而 FSMC 写地址 1 的时候， FSMC_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 D/C 也可以接在其他地址线上，战舰 STM32 开发板是把 D/C 连接在 FSMC_A10 上面的。 所以两者的对应关系可以如下表（带X的表示低电平有效）：

FSMC信号 功能 8080信号 功能
NEx Bank1片选信号 = CSX 控制器片选
NOE 读使能 = RXD 读信号引脚
NEW 写使能 = WRX 写信号引脚
D[15:0] 数据总线 = DB[15:0] 数据总线
A[25:0] 地址总线 ≈ D/CX 数据/命令切换信号

4. FSMC NOR/PSRAM模式B

我们重点来看一下模式B的写时序（读时序一般不怎么用，因为我们主要是向LCD写数据来进行显示用的，而且我们看一下读时序就知道其实对应关系是一样的，所以我们这里只分析写时序就可以啦，读时序是一样的）与ILI9341的写时序的对应关系：

image-20230519223940847

我们可以看到除了D/CX信号外，剩下的几个信号的时序就是一致的，看到这个图，我们就该明白为什么FSMC可以拿来模拟8080时序啦。但是还有一个问题，那就是D/CX这个信号怎么办呢？要是FSMC也可以产生高低电平来使控制D/CX那不就好了吗？

当我们使用FSMC访问特定地址时， FSMC 会产生相应的模拟 8080 时序，控制地址线输出要访问的内存地址，使用数据信号线接收或发送数据，其它片选信号 NE、读使能信号 NOE、写使能信号NWE 辅助产生完整的时序，而由于控制液晶屏的硬件连接中，使用如图下中的连接来模拟 8080 时序，所以 FSMC 产生的这些信号会被 ILI9341 接收，并且使用其中一根 FSMC_Ax 地址控制命令/数据选择引脚 RS(即 D/CX)，因此，我们要是知道 STM32 访问什么地址时，对应的 FSMC_Ax 引脚会输出高电平表示传输的是数据，访问什么地址时，对应的 FSMC_Ax 引脚会输出低电平表示传输的是命令。若理解了计算过程，以后就可以根据自己制作的硬件电路来计算访问地址了。

image-20230519230605271

根据STM32对寻址空间的地址映射，地址0x6000 0000 ~0x9FFF FFFF是映射到外部存储器的，而其中的0x6000 0000 ~0x6FFF FFFF则是分配给NOR FLASH、PSRAM这类可直接寻址的器件。当FSMC外设被配置成正常工作，并且外部接了NOR FLASH时，若向0x60000000地址写入数据如0xABCD，FSMC会自动在各信号线上产生相应的电平信号，写入数据。FSMC会控制片选信号NE1选择相应的NOR 芯片，然后使用地址线A[25:0]输出0x60000000，在NWE写使能信号线上发出低电平的写使能信号，而要写入的数据信号0xABCD则从数据线D[15:0]输出，然后数据就被保存到NOR FLASH中了。

我们假设，现在将D/CX接在FSMC_A0上，由于FSMC会自动产生地址信号，当使用FSMC向0x6xxx xxx1、0x6xxx xxx3、0x6xxx xxx5…这些奇数地址写入数据时，地址最低位的值均为1，所以它会控制地址线A0(D/CX)输出高电平，那么这时通过数据线传输的信号会被理解为数值；若向0x6xxx xxx0 、0x6xxx xxx2、0x6xxx xxx4…这些偶数地址写入数据时，地址最低位的值均为0，所以它会控制地址线A0(D/CX)输出低电平，因此这时通过数据线传输的信号会被理解为命令，如下表：

地址 地址的二进制值(低四位) A0(D/CX)的电平 控制ILI9341时的意义
0x6xxx xxx1 0001 1 高电平 D 数值
0x6xxx xxx3 0011 1 高电平 D 数值
0x6xxx xxx5 0101 1 高电平 D 数值
0x6xxx xxx0 0000 0 低电平 C 命令
0x6xxx xxx2 0010 0 低电平 C 命令
0x6xxx xxx4 0100 0 低电平 C 命令

有了这个基础，我们只要配置好FSMC外设，然后在代码中利用指针变量，向不同的地址单元写入数据，就能够由FSMC模拟出的8080接口向ILI9341写入控制命令或GRAM的数据了。

注意：在实际控制时，以上地址计算方式还不完整，还需要注意HADDR内部地址与FSMC地址信号线的转换，关于这部分内容在代码讲解时再详细举例说明.

5. FSMC NOR/PSRAM模式A

后边在实际实现LCD驱动的时候，发现，模式A好像也可以使用：

  • 读时序
image-20230520191544089
  • 写时序
image-20230520191715157

对比过后，模式A好像也能用，反正不管用哪种模式，主要还是ADDSET和DATAST的确定。

6. 地址计算

我们上边知道可以吧D/CX接在FSMC_A[25:0]任意一个引脚上，接在A0的情况上边已经分析了，那要是不使用A0，我们怎么计算ILI9341的命令和数据所对应的FSMC需要发送的地址呢？

（1）我们根据开发板的原理图，我们假设使用的是 FSMC_NE1 作为 8080_CS 片选信号，所以首先可以确认地址范围，当访问0X6000 0000 ~ 0X63FF FFFF 地址时， FSMC 均会对外产生片选有效的访问时序；

（2）我们假设使用 FSMC_A16 地址线作为命令/数据选择线 D/C 信号，所以在以上地址范围内，再选择出使得 FSMC_A16 输出高电平的地址，即可控制表示数据，选择出使得 FSMC_A16 输出低电平的地址，即可控制表示命令。

（3）计算高低电平对应的地址：

要使 FSMC_A16 地址线为高电平，实质是输出地址信号的第 16 位为 1 即可，使用 0X60000000~0X63FF FFFF 内的任意地址，作如下运算： 

1
设置地址的第 16 位为 1: 0X6000 0000 |= (1<<16) = 0x6001 0000

要使 FSMC_A16 地址线为低电平，实质是输出地址信号的第 16 位为 0 即可，使用 0X60000000~0X63FF FFFF 内的任意地址，作如下运算 

1
设置地址的第 16 位为 0: 0X6000 0000 &= ~ (1<<16) = 0x6000 0000

（4）但是，以上方法计算的地址还不完全正确，STM32 内部访问地址时使用的是内部 HADDR 总线，它是需要转换到外部存储器的内部 AHB 地址线，它是字节地址 (8 位)，而存储器访问不都是按字节访问，因此接到存储器的地址线依存储器的数据宽度有所不同。

image-20230519231123433

而我们使用的是 16 位的数据访问方式，所以 HADDR 与 FSMC_A 的地址线连接关系会左移一位，如 HADDR[1] 与 FSMC_A[0] 对应、 HADDR[2] 与 FSMC_A[1] 对应。因此，当 FSMC_A0 地址线为 1 时，实际上内部地址的第 1 位为 1， FSMC_A1 地址线为 1 时，实际上内部地址的第 2 位为1。同样地，当希望 FSMC_A16 地址输出高电平或低电平时，需要重新调整计算公式：

要使 FSMC_A16 地址线为高电平，实质是访问内部 HADDR 地址的第 (16+1) 位为 1 即可，使用 0X6000 0000~0X63FF FFFF 内的任意地址，作如下运算： 

1
使 FSMC_A16 地址线为高电平： 0X6000 0000 |= (1 << (16+1)) = 0x6002 0000

要使 FSMC_A16 地址线为低电平，实质是访问内部 HADDR 地址的第 (16+1) 位为 0 即可，使用 0X6000 0000~0X63FF FFFF 内的任意地址，作如下运算： 

1
使 FSMC_A16 地址线为低电平： 0X6000 0000 &= ~ (1<<(16+1)) = 0x6000 0000

根据最终的计算结果，总结如下：当 STM32 访问内部的 0x6002 0000 地址时， FSMC 自动输出时序，且使得与液晶屏的数据/命令选择线 RS(即 D/CX) 相连的 FSMC_A16 输出高电平，使得液晶屏会把传输过程理解为数据传输；类似地，当 STM32 访问内部的 0X6000 0000 地址时， FSMC自动输出时序，且使得与液晶屏的数据/命令选择线 RS(即 D/CX) 相连的 FSMC_A16 输出低电平，使得液晶屏会把传输过程理解为命令传输。

（5）我们可以将上述结果封装成一个宏，方便使用：

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19
/****************************************************************
2^26 =0X0400 0000 = 64MB, 每个 BANK 有 4*64MB = 256MB
64MB:FSMC_Bank1_NORSRAM1:0X6000 0000 ~ 0X63FF FFFF
64MB:FSMC_Bank1_NORSRAM2:0X6400 0000 ~ 0X67FF FFFF
64MB:FSMC_Bank1_NORSRAM3:0X6800 0000 ~ 0X6BFF FFFF
64MB:FSMC_Bank1_NORSRAM4:0X6C00 0000 ~ 0X6FFF FFFF

选择 BANK1-BORSRAM1 连接 TFT，地址范围为 0X6000 0000 ~ 0X63FF FFFF 
FSMC_A16 接 LCD 的 DC(寄存器/数据选择) 脚寄存器基地址 = 0X6C00 0000
RAM 基地址 = 0X6002 0000 = 0X6000 0000+2^16*2 = 0X6000 0000 + 0x2 0000 = 0X6002 0000
当选择不同的地址线时，地址要重新计算
********************************************************/

/*************** ILI9341 显示屏的 FSMC 参数定义 ****************/
//FSMC_Bank1_NORSRAM 用于 LCD 命令操作的地址
#define FSMC_Addr_ILI9341_CMD ( ( uint32_t ) 0x60020000 )

//FSMC_Bank1_NORSRAM 用于 LCD 数据操作的地址
#define FSMC_Addr_ILI9341_DATA ( ( uint32_t ) 0x60000000 )

【注意】其实吧，通过这种方式计算得来的地址，并不是所有的地址都能用，不能用的时候注意换一个试一下，我后边写代码的时候用A10测了一下，最低的4个位不能是奇数，至少我学习这个的时候看到是这样的规律随后没有深究，可能是存在一个对齐问题吧，后边有坑了再补充。

6. 读写IL9341

FSMC连接好外部的存储器并初始化后，就可以直接通过访问地址来读写数据。FSMC访问存储器的方式与I2C EEPROM、SPI FLASH的不一样，后两种方式都需要控制I2C或SPI总线给存储器发送地址，然后获取数据；在程序里，这个地址和数据都需要分开使用不同的变量存储，并且访问时还需要使用代码控制发送读写命令。而使用FSMC外接存储器时，其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的；在程序里，定义一个指向这些地址的指针，然后就可以通过指针直接修改该存储单元的内容，FSMC外设会自动完成数据访问过程，读写命令之类的操作不需要程序控制。

总的来说就是，我们确定了数据的读写地址之后，我们直接向这个地址写入数据，就可以发送或者接收16bit数据啦控制命令的地址也是一样，这就是”SRAM”地址空间映射到内核的好处，我们可以直接进行访问。

6.1 写入命令

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/**
  * @brief  向ILI9341写入命令
  * @param  usCmd :要写入的命令（表寄存器地址）
  * @retval 无
  */	
__inline void ILI9341_Write_Cmd (uint16_t usCmd)
{
	 *(__IO uint16_t *)(FSMC_Addr_ILI9341_CMD) = usCmd;	// #define __IO volatile
}

6.2 写入数据

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10
/**
  * @brief  向ILI9341写入数据
  * @param  usData :要写入的数据
  * @retval 无
  */	
__inline void ILI9341_Write_Data (uint16_t usData)
{
	*(__IO uint16_t *)(FSMC_Addr_ILI9341_DATA) = usData; // #define __IO volatile
}

6.3 读取数据

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10
/**
  * @brief  从ILI9341读取数据
  * @param  无
  * @retval 读取到的数据
  */	
__inline uint16_t ILI9341_Read_Data ( void )
{
	return ( *(__IO uint16_t *)(FSMC_Addr_ILI9341_DATA) ); // #define __IO volatile
	
}