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基于FSMC總線的嵌入式系統(tǒng)多顯示終端驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

作者：黃克亞來(lái)源：《液晶與顯示》日期：2022-08-09人氣：1406

嵌入式系統(tǒng)均需配備顯示設(shè)備以指示程序運(yùn)行狀態(tài)和輸出控制結(jié)果。薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）因?yàn)楣牡?、輻射小、顏色鮮艷、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)而成為嵌入式系統(tǒng)的主流，但是其控制復(fù)雜，需要移植廠家提供的底層驅(qū)動(dòng)程序^［1-2］。數(shù)碼管亮度高、穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜，在家用電器、工業(yè)控制和傳感檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是嵌入式學(xué)習(xí)的經(jīng)典器件。

為提高數(shù)據(jù)傳輸速度，降低軟硬件設(shè)計(jì)難度，并行接口是數(shù)碼管、液晶顯示器與微控制器（MCU）連接的首選。但并口需要占用大量I/O口資源，以6位數(shù)碼管為例，共有6個(gè)位選信號(hào)和8個(gè)段選信號(hào)，TFT-LCD顯示模塊則有6個(gè)控制信號(hào)和16位數(shù)據(jù)線。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，為了編程方便，一般希望位選信號(hào)、段選信號(hào)、LCD數(shù)據(jù)線分別占用連續(xù)的16位端口，而這些I/O引腳又離散地分布于芯片的四周，上述技術(shù)需求給微控制器引腳資源分配和PCB布線帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性，而破解這一難題的方法就是將二者均掛接在FSMC總線上，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)線復(fù)用。

2 FSMC總線

靈活靜態(tài)存儲(chǔ)控制器（Flexible Static Memory Controller， FSMC）能夠連接同步、異步存儲(chǔ)器和16位PC存儲(chǔ)卡，支持SRAM、NAND Flash、NOR Flash和PSRAM等類型存儲(chǔ)器。FSMC連接的所有外部存儲(chǔ)器共享地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，但有各自的片選信號(hào)，所以FSMC一次只能訪問(wèn)一個(gè)外部器件^［3-4］。

如圖1所示，F(xiàn)SMC將外部存儲(chǔ)器1 GB空間劃分為固定大小為256 MB的4個(gè)存儲(chǔ)塊（Bank），Bank1可連接多達(dá)4個(gè)NOR Flash或PSRAM/SRAM存儲(chǔ)器件，Bank2和Bank3用于訪問(wèn)NAND Flash存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域連接一個(gè)設(shè)備，Bank4用于連接PC Card設(shè)備。其中Bank1又被分為4個(gè)區(qū)（Sector），每個(gè)區(qū)管理64 MB空間，每個(gè)區(qū)都有獨(dú)立的寄存器對(duì)所連接的存儲(chǔ)器進(jìn)行配置。

圖1 FSMC存儲(chǔ)區(qū)域劃分

Fig.1 Division of FSMC storage area

如表1所示，Bank1的256 MB空間由28根地址線（HADDR［27：0］）尋址。這里HADDR是內(nèi)部AHB總線地址，其中HADDR［25：0］來(lái)自外部存儲(chǔ)器地址FSMC_A［25：0］，對(duì)應(yīng)引腳地址信號(hào)；而HADDR［27： 26］對(duì)4個(gè)區(qū)進(jìn)行尋址，由系統(tǒng)自動(dòng)完成，無(wú)外部引腳對(duì)應(yīng)信號(hào)。

表1 Bank1存儲(chǔ)區(qū)選擇表

Tab.1 Bank1 storage area selection table

Bank1所選區(qū)	片選信號(hào)	地址范圍	HADDR
Bank1所選區(qū)	片選信號(hào)	地址范圍	［27：26］	［25：0］
第1區(qū)	FSMC_NE1	0X6000 0000-0X63FF FFFF	00	FSMC_A［25：0］
第2區(qū)	FSMC_NE2	0X6400 0000-0X67FF FFFF	01
第3區(qū)	FSMC_NE3	0X6800 0000-0X6BFF FFFF	10
第4區(qū)	FSMC_NE4	0X6C00 0000-0X6FFF FFFF	11

在設(shè)計(jì)或分析系統(tǒng)時(shí)需要特別注意HADDR［25：0］的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)Bank1連接的是8位寬度存儲(chǔ)器時(shí)，總線和外設(shè)均采用字節(jié)編址，二者一一對(duì)應(yīng)，即：HADDR［25：0］→FSMC_A［25：0］。

當(dāng)Bank1連接的是16位寬度存儲(chǔ)器時(shí)，總線字節(jié)編址，存儲(chǔ)器雙字節(jié)尋址，此時(shí)總線26地址中最低位HADDR［0］用來(lái)表示16位數(shù)據(jù)的高位或低位，高25位HADDR［25：1］對(duì)應(yīng)16位寬的存儲(chǔ)器單元地址，即：HADDR［25：1］→FSMC_A［24：0］，相當(dāng)于總線地址右移了一位^［5-6］。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

作者設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其重點(diǎn)展示TFT-LCD和數(shù)碼管的FSMC總線連接關(guān)系，其他模塊，如CMSIS-DAP調(diào)試器、LED流水燈、獨(dú)立/矩陣按鍵等雖也為實(shí)驗(yàn)裝置重要組成部分，但不是本文討論重點(diǎn)，故未繪制。實(shí)驗(yàn)裝置主控芯片選擇基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，性能出色的STM32F407ZGT6微控制器，該芯片擁有完備的FSMC接口系統(tǒng)，塊1的4個(gè)子區(qū)可同時(shí)連接4個(gè)NOR Flash/PSRAM/SRAM存儲(chǔ)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)裝置配備雙顯示終端，數(shù)碼顯示器為6位14.22 mm （0.56 in）共陽(yáng)數(shù)碼管，PNP三極管S8550驅(qū)動(dòng)；液晶顯示器為70.82 mm （2.8 in）全彩TFT-LCD顯示模塊，240像素×320像素，2.8~3.3 V供電，ILI9341驅(qū)動(dòng)，16位8080并行接口。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置FSMC連接結(jié)構(gòu)框圖

Fig.2 FSMC connection structure block diagram of experimental device

3.1　FSMC與TFT-LCD連接

在STM32內(nèi)部，F(xiàn)SMC起到橋梁作用，其一端通過(guò)內(nèi)部高速總線AHB連接到Cortex內(nèi)核，另一端則是面向擴(kuò)展存儲(chǔ)器的外部總線，既能夠進(jìn)行信號(hào)類型的轉(zhuǎn)換，又能夠進(jìn)行信號(hào)寬度和時(shí)序的調(diào)整，提供多種讀寫(xiě)模式，使之對(duì)內(nèi)核而言沒(méi)有區(qū)別^［7-8］。模式A比較適合連接至Bank1的NOR Flash/PSRAM/SRAM存儲(chǔ)器，其讀寫(xiě)時(shí)序如圖3所示^［9］。信號(hào)線主要包括26位地址線A［25：0］，16位數(shù)據(jù)線D［15：0］，片選信號(hào)NE［x］，輸出使能NOE，寫(xiě)入使能NEW。

圖3 FSMC模式A讀寫(xiě)時(shí)序

Fig.3 Read and write timing of FSMC mode A

TFT-LCD顯示模塊信號(hào)線包括：數(shù)據(jù)線D［15：0］，寄存器/存儲(chǔ)器選擇RS，讀使能RD，寫(xiě)使能WR，片選CS，復(fù)位RST。通常使用標(biāo)準(zhǔn)的16位8080并口與微控制器連接，其讀寫(xiě)時(shí)序如圖4所示^［10］。

圖4 8080接口讀寫(xiě)時(shí)序

Fig.4 Read and write timing of 8080 interface

對(duì)比圖3、圖4讀寫(xiě)時(shí)序和二者控制信號(hào)可以發(fā)現(xiàn)，TFT-LCD模塊，除了已連接至系統(tǒng)復(fù)位電路的RST信號(hào)外，其他信號(hào)均可由FSMC接口提供，所以FSMC連接PSRAM/SRAM的工作模式適合于連接TFT-LCD顯示模塊。如圖2所示，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)選擇FSMC總線的Bank1.Sector4連接TFT-LCD，F(xiàn)SMC_NE4接LCD片選信號(hào)CS，F(xiàn)SMC_NOE接LCD讀引腳RD，F(xiàn)SMC_NWE接LCD寫(xiě)引腳WR，選擇FSMC_A6地址線連接LCD的寄存器/存儲(chǔ)器選擇信號(hào)RS，F(xiàn)SMC_D［15：0］接LCD的16位數(shù)據(jù)線D15~D0，LCD工作于16位8080接口模式。

3.2　FSMC與數(shù)碼管連接

如圖2所示，數(shù)碼管和TFT-LCD同時(shí)掛接在STM32F4的FSMC總線上，二者共享數(shù)據(jù)線，為使二者輸出信號(hào)互不影響，需要將向數(shù)碼管送出的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行鎖存，鎖存器選擇2片74HC573D，鎖存引腳LE高電平傳輸，低電平封鎖。選擇FSMC總線的Bank1.Sector3連接6位共陽(yáng)數(shù)碼管，所以FSMC_NE3作為數(shù)碼管的片選信號(hào)，但是NE3是低電平有效，與鎖存器傳輸信號(hào)正好相反，所以FSMC_NE3需要經(jīng)反相器U2連接U3的兩片74HC573D的鎖存引腳LE。由于只需要一路反相器，系統(tǒng)實(shí)施時(shí)采用由1個(gè)PMOS管和1個(gè)NMOS管構(gòu)成的單路CMOS反相器。數(shù)碼管8個(gè)段選線和6個(gè)位選線共14條信號(hào)線由FSMC_D［13：0］控制，需要經(jīng)過(guò)鎖存模塊U3鎖存，F(xiàn)SMC_D［7：0］接一片鎖存器輸入端，鎖存器輸出端接數(shù)碼管段選線dp~a，F(xiàn)SMC_D［13：8］接另一片鎖存器的輸入端，鎖存器的輸出端接數(shù)碼管位選線DS6~DS1。

上述設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管和TFT-LCD數(shù)據(jù)線和控制線的時(shí)分復(fù)用，減少了微控制器GPIO需求，節(jié)約了CPU資源，降低了PCB布線難度，提升了系統(tǒng)可靠性。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1　FSMC初始化

系統(tǒng)底層軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成顯示設(shè)備的讀寫(xiě)，因?yàn)轱@示設(shè)備均掛接在FSMC總線上，所以要實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備數(shù)據(jù)訪問(wèn)，首先就需要FSMC初始化。

4.1.1　FSMC讀寫(xiě)時(shí)序

FSMC有多種時(shí)序模型用于NOR Flash/PSRAM/SRAM的訪問(wèn)，對(duì)TFT-LCD來(lái)說(shuō)，讀取操作比較慢，寫(xiě)入操作比較快，使用模式A的讀寫(xiě)分離時(shí)序控制比較方便，可以使讀寫(xiě)操作均獲得較高性能表現(xiàn)。數(shù)碼管控制只涉及寫(xiě)，且沒(méi)有速度要求，任何模式均可以滿足要求，為了和LCD保持一致，也采用模式A進(jìn)行控制。

訪問(wèn)NOR Flash/PSRAM/SRAM的模式A的讀取時(shí)序如圖3（a）所示，寫(xiě)入時(shí)序如圖3（b）所示，在這兩個(gè)時(shí)序中都只需要設(shè)置地址建立時(shí)間ADDSET和數(shù)據(jù)建立時(shí)間DATAST這兩個(gè)參數(shù)，它們都用HCLK的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)表示，其中ADDSET最小值為0，最大值為15，DATAST最小值為1，最大值為255。根據(jù)參考文獻(xiàn)［9］說(shuō)明，實(shí)際的地址建立時(shí)間是ADDSET個(gè)HCLK周期，數(shù)據(jù)建立時(shí)間是（DATAST+1）個(gè)HCLK周期。

4.1.2　FSMC初始化

FSMC工作模式靈活多變，控制寄存器眾多，直接操作寄存器很難完成，一般采用基于庫(kù)函數(shù)的開(kāi)發(fā)方式，而庫(kù)函數(shù)又分為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）庫(kù)。借助STM32推出的圖形化配置軟件STM32CubeMX的HAL庫(kù)開(kāi)發(fā)，只需要輸入幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，即可自動(dòng)完成FSMC接口初始化工作。自動(dòng)化程度高，是未來(lái)嵌入式開(kāi)發(fā)的技術(shù)方向。

（1）　數(shù)碼管FSMC初始化設(shè)置

在STM32CubeMX軟件中，打開(kāi)圖5所示的設(shè)置界面，首先設(shè)置Mode選項(xiàng)內(nèi)容，配置NOR Flash/PSRAM/SRAM/ROM/LCD 3，即選擇Bank1.Sector3連接數(shù)碼管，片選信號(hào)：NE3，存儲(chǔ)器類型：LCD Interface，LCD的RS信號(hào)：A6，數(shù)據(jù)寬度：16位。隨后配置Configuration選項(xiàng)內(nèi)容，其中大部參數(shù)采用默認(rèn)即可，使能擴(kuò)展模式，使其支持分開(kāi)設(shè)置讀寫(xiě)時(shí)序。對(duì)數(shù)碼管的訪問(wèn)只有寫(xiě)不需要讀，所以讀時(shí)序參數(shù)可以任意設(shè)置；寫(xiě)時(shí)序中無(wú)需送出地址信號(hào)，所以寫(xiě)時(shí)序地址建立時(shí)間設(shè)置為0，以使其選中芯片后立即送出數(shù)據(jù)。因片選信號(hào)需要經(jīng)過(guò)反相器送給鎖存芯片以完成數(shù)據(jù)傳輸，所以數(shù)據(jù)送出后需要保持一定的時(shí)間，數(shù)據(jù)建立時(shí)間需要設(shè)置大一些，作者設(shè)置的是160。所有需要配置的信息在圖5中均使用紅色框線標(biāo)出。

圖5 數(shù)碼管FSMC初始化界面

Fig.5 FSMC initialization interface of digital tube

（2）　LCD的FSMC初始化設(shè)置

如圖6所示，TFT-LCD的FSMC初始化基本上和圖5的數(shù)碼管FSMC初始化設(shè)置是一樣的，不同的地方均使用藍(lán)色框線標(biāo)出。LCD連接到FSMC的Bank1.Sector4，所以此時(shí)需要配置NOR Flash/PSRAM/SRAM/ROM/LCD 4，片選信號(hào)也相應(yīng)地調(diào)整為NE4。FSMC總線選擇模式A分開(kāi)設(shè)置讀寫(xiě)時(shí)序控制LCD顯示屏，由于LCD讀速度要比寫(xiě)速度慢得多，所以在設(shè)置讀時(shí)序時(shí)時(shí)間參數(shù)盡量設(shè)置大一些，作者將ADDSET和DATAST分別設(shè)置為15和59。對(duì)于STM32F407微控制器，在168 MHz主頻時(shí)，HCLK約為6 ns，其對(duì)應(yīng)的地址建立時(shí)間為15×6 ns=90 ns，數(shù)據(jù)建立時(shí)間為（59+1）×6 ns=360 ns。LCD寫(xiě)時(shí)序的時(shí)間參數(shù)設(shè)置適當(dāng)小一些，作者將ADDSET和DATAST分別設(shè)置為9和8，兩個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間數(shù)值均約為54 ns。上述參數(shù)設(shè)置對(duì)70.82 mm （2.8 in）TFT-LCD的常規(guī)驅(qū)動(dòng)芯片ILI9341來(lái)說(shuō)可以保證其穩(wěn)定運(yùn)行，并留有足夠的裕量。

圖6 LCD的FSMC初始化界面

Fig.6 FSMC initialization interface of LCD

完成上述配置后，STM32CubeMX會(huì)自動(dòng)將FSMC總線用到的GPIO引腳配置為FSMC復(fù)用推挽模式，無(wú)須上拉或下拉，并在FSMC初始化程序中完成調(diào)用，大大減輕了用戶編程工作量。

4.2　數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)

STM32CubeMX完成FSMC初始化后，生成Keil MDK工程，在工程的主函數(shù)中會(huì)自動(dòng)調(diào)用初始化函數(shù)，此時(shí)就可以直接訪問(wèn)數(shù)碼管或LCD。6位共陽(yáng)數(shù)碼管采用PNP三極管S8550驅(qū)動(dòng)，所以位選碼是低電平有效，段選碼也是低電平相應(yīng)筆劃點(diǎn)亮。假設(shè)我們需要將DS1、DS3、DS5三個(gè)數(shù)碼管上面均顯示的數(shù)字“1”，則應(yīng)送出的顯示碼如表2所示，即向FSMC總線送出一個(gè)16進(jìn)制數(shù)據(jù)0xEAF9，即可實(shí)現(xiàn)顯示控制。

表2 數(shù)碼管控制實(shí)例顯示碼對(duì)應(yīng)表

Tab.2 Corresponding table of digital tube control example display code

名稱	/	/	DS6	DS5	DS4	DS3	DS2	DS1	dp	g	f	e	d	c	b	a
FSMC	D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
數(shù)值	1	1	1	0	1	0	1	0	1	1	1	1	1	0	0	1
HEX	E				A				F				9

數(shù)據(jù)管是掛接在FSMC總線的Bank1.Sector3上的，由表1可知，這一區(qū)域?qū)?yīng)的地址范圍為0x6800 0000-0x6BFF FFFF，只要向這個(gè)64 MB單元中任一地址送數(shù)據(jù)，即可將顯示碼發(fā)送至數(shù)據(jù)線，并自動(dòng)產(chǎn)生片選信號(hào)FSMC_NE3，反相后形成鎖存信號(hào)，完成數(shù)據(jù)鎖存。為此選擇這一區(qū)域的首地址0x6800 0000，轉(zhuǎn)換為指針型常量，將其賦值給uint16_t型指針型變量SEG_ADDR，向該地址寫(xiě)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)顯示控制，十分簡(jiǎn)單。

4.3　LCD顯示程序設(shè)計(jì)

相比于數(shù)碼管顯示控制，LCD顯示程序則要復(fù)雜得多，分為底層驅(qū)動(dòng)、基礎(chǔ)顯示和高層應(yīng)用3部分。基礎(chǔ)顯示程序和高層應(yīng)用程序一般由顯示屏廠家直接提供，且在移植了底層驅(qū)動(dòng)程序之后，一般無(wú)需任何更改，就可直接使用，所以本文重點(diǎn)討論的是基于FSMC的底層驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)TFT-LCD寄存器和存儲(chǔ)器一體化控制簡(jiǎn)單、便捷的方法是定義一個(gè)LCD數(shù)據(jù)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體，包含寄存器和存儲(chǔ)器2個(gè)16位無(wú)符號(hào)型成員。并確定該結(jié)構(gòu)體的基地址為0x6C00007E，其中HADDR［27：?26］=11，表明選擇的是Bank1.Sector4，即片選信號(hào)FSMC_NE4有效。

結(jié)構(gòu)體第一個(gè)成員LCD_REG地址和LCD結(jié)構(gòu)體的基地址相同，即：0x6C00007E，第二個(gè)成員LCD_RAM地址為基地址加2，即：0x6C000080。如果只觀察HADDR低8位，即LCD->LCD_REG的HADDR［7：?0］=0111 1110，LCD->LCD_RAM?的?HADDR?［7：?0］?=1000 0000，由于FSMC外接16位存儲(chǔ)器時(shí)內(nèi)外地址對(duì)應(yīng)關(guān)系為HADDR［25：1］→FSMC_A［24：0］，相當(dāng)于右移1位。由此可知LCD->LCD_REG的FSMC_A［6：?0］=011 1111，F(xiàn)SMC_A6（RS）=0，讀寫(xiě)LCD寄存器；LCD->LCD_RAM的FSMC_A［6：?0］=100 0000，F(xiàn)SMC_A6（RS）=1，讀寫(xiě)LCD存儲(chǔ)器。在FSMC配置過(guò)程中選擇不同的地址線連接LCD的RS信號(hào)，其基地址的確定亦可舉一反三。

有了上述定義并確定好基地址之后，通過(guò)選擇結(jié)構(gòu)體的不同成員，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同存儲(chǔ)對(duì)象的訪問(wèn)，編程簡(jiǎn)潔、高效、直觀。結(jié)合LCD驅(qū)動(dòng)芯片ILI9341^［10］控制時(shí)序，將讀寫(xiě)控制代碼封裝成LCD基本讀寫(xiě)函數(shù)，即為L(zhǎng)CD底層驅(qū)動(dòng)程序，供基礎(chǔ)顯示程序和高層應(yīng)用程序調(diào)用。

由于技術(shù)發(fā)展歷史原因，一般LCD控制程序是用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)編寫(xiě)的，所以還需將標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)程序向HAL庫(kù)程序移植，一般步驟為：在STM32CubeMX中配置并自動(dòng)生成FSMC初始化代碼，含LCD和數(shù)碼管兩部分；定義LCD結(jié)構(gòu)體、確定基地址，編寫(xiě)LCD底層驅(qū)動(dòng)程序；將原LCD初始化程序中的FSMC初始化和復(fù)用引腳配置代碼刪除，其余部分保留；移植基礎(chǔ)顯示和高層應(yīng)用代碼，經(jīng)過(guò)上述步驟即可完成LCD顯示代碼移植。

5 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

為檢驗(yàn)電路功能和觀察運(yùn)行效果，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果，完成樣品生產(chǎn)、組裝和測(cè)試工作。

第一步：數(shù)碼管顯示測(cè)試。編寫(xiě)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示時(shí)間程序，在6位數(shù)碼管上顯示時(shí)、分、秒數(shù)值，各占兩位數(shù)碼管，且在小時(shí)和分鐘的末尾顯示一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。

第二步：LCD顯示測(cè)試。在完成顯示程序移植之后，調(diào)用顯示函數(shù)分別進(jìn)行字符、字符串、整型、浮點(diǎn)數(shù)等文字信息顯示測(cè)試；調(diào)用圖形處理函數(shù)進(jìn)行畫(huà)點(diǎn)、畫(huà)線、畫(huà)圓、矩形、三角形、指定區(qū)域填充等圖形顯示測(cè)試；制作漢字字庫(kù)并存于字庫(kù)文件當(dāng)中，調(diào)用中文顯示函數(shù)進(jìn)行多種字號(hào)漢字顯示測(cè)試。

第三步：綜合測(cè)試。設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合實(shí)例，系統(tǒng)主程序是一個(gè)電子萬(wàn)年歷，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度信息，合并實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)信息，所有信息均顯示于TFT-LCD顯示屏上，同時(shí)將當(dāng)前時(shí)間高亮顯示于數(shù)碼管，便于遠(yuǎn)距離觀看，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。由于項(xiàng)目綜合性較強(qiáng)，主程序處理任務(wù)較多，而數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示是阻塞運(yùn)行的，CPU占有率較高，作者采用定時(shí)器中斷的方式依次刷新需要顯示的數(shù)碼管，在主程序中只需要對(duì)顯示數(shù)組賦值即可，使兩個(gè)顯示設(shè)備顯示控制方式基本相同，提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率。

圖7 實(shí)驗(yàn)裝置綜合測(cè)試圖

Fig.7 Comprehensive test diagram of experimental device

第四步：對(duì)比測(cè)試。分別使用FSMC總線、GPIO并口、SPI串口連接數(shù)碼管和TFT-LCD雙顯示設(shè)備，運(yùn)行測(cè)試程序，使用STM32定時(shí)器記錄LCD刷整屏?xí)r間，測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果如表3所示。由表3可知，SPI串口顯示速度很慢，對(duì)于有刷新頻率要求的場(chǎng)合原則上不使用。FSMC接口和GPIO并口測(cè)試時(shí)使用相同的TFT-LCD模塊和微控制器，工作于同一主頻，使測(cè)試數(shù)據(jù)更具可比性。由表中數(shù)據(jù)計(jì)算得出，F(xiàn)SMC接口相比于微控制器并口控制，減少了38.2%的GPIO引腳資源占有率，LCD刷屏速度提高了17.6倍。以上數(shù)據(jù)視軟硬件設(shè)置情況會(huì)有小幅波動(dòng)，但是大致范圍不會(huì)變化。

表3 顯示終端驅(qū)動(dòng)接口對(duì)比測(cè)試

Tab.3 Comparison test of display terminal driver interface

驅(qū)動(dòng)接口	TFT-LCD顯示模塊	微控制器及主頻	I/O引腳數(shù)	刷屏?xí)r間/ms
FSMC	70.82 mm （2.8 in） 240×320 ILI9341	STM32F407ZGT6 168 MHz	21 （20+01）	2.9
并口	70.82 mm （2.8 in） 240×320 ILI9341	STM32F407ZGT6 168 MHz	34 （20+14）	53.9
SPI	60.96 mm （2.4 in） 240×320 ILI9341	STM32F103ZET6 72 MHz	19 （05+14）	1 497.2

測(cè)試結(jié)果表明，采用FSMC總線同時(shí)連接數(shù)碼管和TFT-LCD顯示屏各項(xiàng)顯示功能均很好完成，刷新速度快，畫(huà)面清晰流暢，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，項(xiàng)目設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款嵌入式系統(tǒng)多顯示終端實(shí)驗(yàn)裝置，將數(shù)碼顯示器和TFT-LCD均掛接在STM32微控制器的高速FSMC總線上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)時(shí)分復(fù)用。LCD的8080控制時(shí)序和數(shù)碼顯示器地址鎖存信號(hào)均由硬件自動(dòng)產(chǎn)生，F(xiàn)SMC初始化亦可通過(guò)STM32CubeMX圖形化配置工具輕松完成，軟件設(shè)計(jì)工作量顯著減少。相比于微控制器直接并口控制，減少了38.2%的GPIO引腳資源占有率，LCD刷屏速度提高了17.6倍。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有較高的數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能，降低了軟硬設(shè)計(jì)難度，提高了系統(tǒng)可靠性。

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基于FSMC總線的嵌入式系統(tǒng)多顯示終端驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

2 FSMC總線

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 FSMC與TFT-LCD連接

3.2 FSMC與數(shù)碼管連接

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 FSMC初始化

4.2 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)

4.3 LCD顯示程序設(shè)計(jì)