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【GD32】外部存储器控制器（EXMC）驱动16位8080时序并口屏（GD32F470ZGT6）

article 2024/11/15 23:42:23

1. 简介

GD32F4系列中的EXMC外设可以用来驱动外部的储存器，如SDRAM、SRAM等等，在之前的文章中有介绍其用法。

但EXMC还有一种比较特别的玩法就是用来驱动8080并口屏；之前讲过，EXMC的工作原理就是把外部的储存器地址映射到芯片内部的一段地址中。而显示屏的驱动其实也是把数据写到显示芯片的RAM中，这个RAM本质还是储存器的一种，因此我们也可以用EXMC外设把显示芯片的RAM映射到单片机中，这样可以大大提高通讯速度。

2. 硬件设计

下面的例程是基于我之前的一个小项目，项目的介绍已经开源在立创开源社区中了，跳转链接。

开发板使用的是立创梁山派，开发板上带有一个8080并口屏接口；屏幕买的是一块IPS的并口屏，屏幕驱动芯片是ST7796U。

因为屏幕是支持触摸的，所以忽略掉I2C部分的管脚。LCD_D0~16为显示屏的16根数据管脚，LCD_CS为片选线，LCD_DC脚控制数据或命令传输，LCD_WR为写使能管脚，LCD_RD为读使能管脚，LCD_BLC为显示屏背光使能。

3. 原理

驱动屏幕使用的是EXMC的NOR Flash模式，因此使用的是EXMC的Bank0，总共256MB；Bank0又分为了4个Region，每个Region有64MB。梁山派的这个8080并口引出的是Region3的片选线（EXMC_NE3）。

由参考手册可以查看Region3的基地址映射，从0x6C000000开始。接下来我们要确认命令地址和数据地址，LCD_DC线是连接到EXMC_A10上的；屏幕驱动芯片的RAM是16位宽度，根据参考手册，使用16位宽度时，EXMC的HADDR[25:1]与EXMC_A[24:0]连接，另外LCD_DC高电平表示数据传输，低电平表示数据传输；综上可以得出数据地址为0x6C000800，命令地址为0x6C000000。

针对NOR Flash，EXMC提供了非常多的驱动时序，这块屏幕使用的是模式B来驱动，它的读时序和写时序如下面。

芯片读过程，EXMC先拉低片选（EXMC_NEx）；拉低输出使能（EXMC_NOE），其实就是读使能；拉高写使能（EXMC_NWE）；在经过地址建立时间后拉高地址有效线（我们没有用到）；再经过数据建立时间后就可以读取到稳定的数据了。

芯片写过程差不多，先拉低片选（EXMC_NEx）；拉高输出使能（EXMC_NOE）；拉低写使能（EXMC_NWE）；在经过地址建立时间后拉高地址有效线（我们没有用到）；经过地址建立时间后EXMC开始通过数据线（EXMC_Dx）向芯片输出数据；经过数据建立时间后拉高写使能；再经过一个HCLK时钟周期再恢复管脚状态。

对于模式B的时序，我们要设置其地址建立时间（WASET）和数据建立时间（WDSET），这两个时间可以在屏幕驱动芯片的数据手册中找到。

上面的 $T_{AST}$ 和 $T_{DST}$ 就是地址建立时间和数据建立时间，最小值分别为0ns和10ns。

4. 代码

先看GPIO的初始化。代码有省略，因为都大差不差。主要注意的是设置复用模式，EXMC的复用组为GPIO_AF_12，EXMC的所有管脚最好上拉，速度设置为最高速。

static void ST7796_GPIOInit(void)
{
	/* config GPIO */
	rcu_periph_clock_enable(ST7796_D0_CLK);
    ...

	gpio_mode_set(ST7796_D0_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, ST7796_D0_PIN);
	gpio_output_options_set(ST7796_D0_PORT, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, ST7796_D0_PIN);
	gpio_af_set(ST7796_D0_PORT, EXMC_AF, ST7796_D0_PIN);
    ...
}

比较关键的是EXMC的初始化。

static void ST7796_EXMCInit(void)
{
	exmc_norsram_parameter_struct exmc_init_struct = {0};
	exmc_norsram_timing_parameter_struct exmc_timing_struct = {0};
	
	/* config FMC clock */
	rcu_periph_clock_enable(EXMC_CLK);
	
	exmc_timing_struct.asyn_access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_B;
	exmc_timing_struct.asyn_address_setuptime = 5;  // 5 / 240MHz = 20ns
	exmc_timing_struct.asyn_data_setuptime = 4;  // (4 + 1) / 240MHz = 20ns

	exmc_init_struct.address_data_mux = DISABLE;
	exmc_init_struct.asyn_wait = DISABLE;
	exmc_init_struct.burst_mode = DISABLE;
	exmc_init_struct.databus_width = EXMC_NOR_DATABUS_WIDTH_16B;
	exmc_init_struct.extended_mode = DISABLE;
	exmc_init_struct.memory_type = EXMC_MEMORY_TYPE_NOR;
	exmc_init_struct.memory_write = ENABLE;
	exmc_init_struct.norsram_region = EXMC_BANK0_NORSRAM_REGION3;
	exmc_init_struct.nwait_signal = DISABLE;
	exmc_init_struct.wrap_burst_mode = DISABLE;
	exmc_init_struct.write_mode = EXMC_ASYN_WRITE;
	exmc_init_struct.read_write_timing = &exmc_timing_struct;
	exmc_init_struct.write_timing = &exmc_timing_struct;
	
	exmc_norsram_init(&exmc_init_struct);
	exmc_norsram_enable(EXMC_BANK0_REGIONx);
}

先初始化exmc_norsram_timing_parameter_struct结构体配置时序；asyn_access_mode成员设置异步模式，这里为模式B；asyn_address_setuptime设置地址建立时间，这里设置为5，即20ns；asyn_data_setuptime设置数据建立时间，这里设置为4，也是20ns；这两个时间的话可以适当设得大点，因为硬件的体质是有差异的，设得离理论值很接近的话有可能会通讯失败。

再初始化exmc_norsram_parameter_struct结构体配置EXMC； address_data_mux设置地址线复用，这里不复用；aync_wait设置异步等待，这里不等待；burst_mode设置突发模式，这里不使用；databus_width设置数据宽度，这里为16位；extended_mode设置扩展模式，这里不使用；memory_type设置储存器类型，这里为NOR Flash；memory_write设置储存器写，这里使能；norsram_region设置使用的Region；这里设置为Region3；nwait_signal设置NWAIT信号，这里不使用；wrap_burst_mode设置突发模式中的数据包裹，这里不使用；write_mode设置写模式，这里使用异步模式；read_write_timing和write_timing填之前初始化好的时序结构体。

最后初始化并使能EXMC外设就可以使用了。对屏幕芯片读和写操作只需要像操作指针一样即可。

#define EXMC_Addr_ST7796_CMD		((uint32_t)0x6C000000)
#define EXMC_Addr_ST7796_DATA		((uint32_t)0x6C000800)  // 0x6C000000 | (1 << (1 + Ax))

__inline void ST7796_WriteCmd(uint16_t cmd)
{
	*( __IO uint16_t*)(EXMC_Addr_ST7796_CMD) = cmd;
}


__inline void ST7796_WriteData(uint16_t data)
{
	*( __IO uint16_t*)(EXMC_Addr_ST7796_DATA) = data;
}

当然我们还需要对屏幕芯片寄存器进行初始化后才能，执行其他的操作，但这里就不介绍了，因为每个芯片的寄存器都不同，只需要根据芯片手册进行编写即可。

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