【简易教程】关于采用F429的FMC总线实现IO扩展和采用32位总线方式时译码器的地址计

eric2013

说明：
1.  本来跑马灯应该是开发板里面最简单的电路了，但是我们的V6板子里面却是最复杂的，所以必须得发个贴为大家说明下。
2.  为什么要做IO扩展，不是已经用了208脚的F429BIT6吗？因为开发板使用了32位SDRAM和RGB888硬件接口，消耗IO巨大，所以必须得扩展了。
3.  NOR/PSRAM/SRAM块区不是有4个片选NE1，NE2，NE3和NE4吗，为什么还要做译码器？因为引脚复用，部分片选对应的引脚要用于其他功能，而且要控制的总线外设较多，片选不够用。
4.  FSMC和FMC的区别就是FMC多了一个SDRAM控制器。
5.  NE1，NE2，NE3和NE4的片选对应的配置都是独立的，互不影响的，这点要特别注意。
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一、先来看下FMC的框图，主要是NOR/PSRAM/SRAM块区。

有了这个认识之后再来看下面的译码器电路：

SN74LVC1G139APWR是双2-4线地址译码器。也就是带了两个译码器。原理图上仅用了一个。
下面是139的真值表和引脚功能：



通过上面的原理图和真值表就比较好理解了，真值表的输出是由片选FMC_NE2和地址线FMC_A10、FMC_A11控制。
FMC_NE2 输出低电平：
FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 00时，1Y0输出的低电平，选择的是OLED。
FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 01时，1Y1输出的低电平，选择的是74HC574。
FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 10时，1Y2输出的低电平，选择的是DM9000。
FMC_A11（B），FMC_A10（A） = 11时，1Y3输出的低电平，选择的是AD7606。
然后我们再计算译码器的地址，注意，这里地址的计算都是按照FMC的32bit访问模式计算的，因为我们的V6程序中是将NE2对应的FMC配置为32bit模式了。
具体FMC的32bit访问模式，16bit访问模式和8bit访问模式的区别就在这里:

32bit模式下，我们计算A10和A11的时候，实际上需要按HADDR12和HADDR13计算的。
如果来算NE2 + HADDR12 + HADDR13的四种组合地址就是如下：
NE2 + HADDR13 + HADDR12 = 0x6400000 +  0<<13 + 0<<12 = 0x64000000
NE2 + HADDR13 + HADDR12 = 0x6400000 +  0<<13 + 1<<12 = 0x64001000
NE2 + HADDR13 + HADDR12 = 0x6400000 +  1<<13 + 0<<12 = 0x64002000
NE2 + HADDR13 + HADDR12 = 0x6400000 +  1<<13 + 1<<12 = 0x64003000
这样一来，原理图里面给的地址就对应上了。同理如果配置为16位模式和8位模式，大家应该也都会计算了。
二、下面讲解下IO扩展部分
先来看下IO扩展的原理图实现，如果不太了解FMC的通信时序和数字逻辑芯片的使用，可能会比较懵，下面逐一为大家说明。


有了这个原理图，首先要做的就是了解74HC574和SN74HC32的功能。
74HC574是一款8位三态D触发器，起到锁存的功能，上升沿触发，对应的真值表如下（L表示低电平，H表示高电平，Z表示高阻）：


SN74HC32是一款2输入或门，一个芯片带了四组或门，对应的真值表如下（L表示低电平，H表示高电平）：


有了这个认识后，我们再来看FMC的配置，V6开发板的BSP驱动包里面专门做了一个IO扩展的FMC配置，即文件bsp_ext_io.c，配置方式是FMC_AccessMode_A，这种模式对应的写时序是：


这个写时序图结合上面的IO扩展原理图，可以看出：
如果用户在程序里面执行了FMC的写操作，数据会写到4片74HC574的输入端，当NE片选，NWE写信号都是低电平期间，有一个出现高电平，就会给74HC574发送一个上升沿，从而实现D触发的数据锁存功能。这个就是IO扩展实现的功能。
三、举例LED驱动
进行到这里，就可以给大家讲解LED驱动了。由上面IO扩展原理图中对应的LED驱动引脚，我们可以得出，操作LED的亮灭就是操作FMC的数据引脚D8，D9，D10和D11




即对地址0x64001000发送数据就可以了，但是如何对这个地址发送数据呢？ 反映到C语言的实现上就是通过固定地址的指针变量（跟我们操作寄存器是一样的），即
#define  HC574_PORT     *(uint32_t *)0x64001000
如果要点亮LED1（低电平点亮），就是 HC574_PORT = 0x0000 0000，如果要熄灭LED1就是HC574_PORT = 0x0000 0100，即操作FMC_D8的高低电平即可。


四：总结
关于IO扩展还有很多的方法，只是我们这里采用的是FMC总线扩展，主要是考虑到速度比较快。大家扩展的话可以使用595等串行转并行的数字逻辑芯片，或者直接用便宜些的MCU做扩展都是不错的选择。

浮生如梦

顶下，还在看，有点吃力

eric2013

浮生如梦:顶下，还在看，有点吃力&#160;(2017-11-28 14:31)&#160;

没事的，有些比较吃力的地方随时可以找我交流，或者先记住它，以后你慢慢搞的多的，再来看这个帖子，反复搞那么几次就好理解了。

dreamworks

感谢eric分享经验

打洞者

[s:151]

756572527

一开始也是开得很愣，不过后来查了芯片资料就好多了。

浮生如梦

eric2013:没事的，有些比较吃力的地方随时可以找我交流，或者先记住它，以后你慢慢搞的多的，再来看这个帖子，反复搞那么几次就好理解了。&#160;(2017-11-28 15:16)&#160;

硬汉大哥，扩展IO是不是这样理解：如果控制LED1灯亮，我们不再控制MCU的一个IO管脚，而是通过控制外设FMC的某个管脚间接控制灯的量灭。

浮生如梦

浮生如梦:硬汉大哥，扩展IO是不是这样理解：如果控制LED1灯亮，我们不再控制MCU的一个IO管脚，而是通过控制外设FMC的某个管脚间接控制灯的量灭。&#160;(2017-12-02 15:15)&#160;

硬汉大哥：这里不用回答了，您已经在群里解答过了；问题没搞懂，有点着急，就在群里直接请教你了，多谢！

eric2013

浮生如梦:硬汉大哥：这里不用回答了，您已经在群里解答过了；问题没搞懂，有点着急，就在群里直接请教你了，多谢！&#160;(2017-12-02 15:28)&#160;

[s:130]

小麦吉17

楼主能解释下这个话吗？

小麦吉17

明白了

leiyitan

这个板子这一块比较懵，感谢楼主大大特意发帖照顾我们这种小白…

dandelion

请问下这里的SN74HC32PW供电电源是多少呀？

eric2013

dandelion 发表于 2018-2-5 23:23
请问下这里的SN74HC32PW供电电源是多少呀？

3.3V

Snapdragon

这。。。对初学者很不友好啊，毕竟基本上入门都是点灯。。

eric2013

Snapdragon 发表于 2018-2-6 12:27
这。。。对初学者很不友好啊，毕竟基本上入门都是点灯。。

是的。
FMC的IO扩展功能极其实用，属于项目必备知识。

云琴箫龙

电平锁存和边沿锁存，哪个抗干扰比较强？

云琴箫龙

如果再扩展32路，硬汉哥推荐用什么方案？
我想的是用一个类似于38译码器的器件，依靠地址总线于选择NWE上升沿的输出对象。

云琴箫龙

还有一个疑问，从时序上看，NWE上升沿比NE2_B上升沿至少超前1个时钟周期，那只用NWE就可以触发锁存引脚了，为何还要加一个或门？

eric2013

云琴箫龙 发表于 2018-7-1 23:07
如果再扩展32路，硬汉哥推荐用什么方案？
我想的是用一个类似于38译码器的器件，依靠地址总线于选择NWE上 ...

直接795级联

eric2013

云琴箫龙 发表于 2018-7-1 23:14
还有一个疑问，从时序上看，NWE上升沿比NE2_B上升沿至少超前1个时钟周期，那只用NWE就可以触发锁存引脚了， ...

都加上可靠些。

云琴箫龙

eric2013 发表于 2018-7-2 00:59
都加上可靠些。

从时序上看，NEx跳变的时候数据引脚已经处于不确定状态了吧，且NE2_B由NEx译码得来，理论上比NEx上升沿来的还要慢一些，这时候数据总线的数据状态可能已经处于不确定状态了。
所以个人理解这个或门加上反倒可能会造成数据出错，但是出错的前提是NWE的上升沿没有出现或晚于NEx出现，这个感觉没可能吧

云琴箫龙

eric2013 发表于 2018-7-2 00:56
直接795级联

之前用过595去扩IO驱动LED指示灯，但是发现这个片子抗干扰真的很差劲，旁边的EMC设备一开，595输出数据就紊乱了，为此专门做过一个测试版，把输入全部拉低也不行，TI原厂技术也来了，最终也没解决，最后换的DRV8860的方案才顺利解决，两者内部电气原理几乎一样，但成本也提高了不少。

eric2013

云琴箫龙 发表于 2018-7-2 20:32
从时序上看，NEx跳变的时候数据引脚已经处于不确定状态了吧，且NE2_B由NEx译码得来，理论上比NEx上升沿来 ...

没有NE片选的话，你忽略了最重要的一点，任何FMC操作都可以影响这个外设。

eric2013

云琴箫龙 发表于 2018-7-2 20:38
之前用过595去扩IO驱动LED指示灯，但是发现这个片子抗干扰真的很差劲，旁边的EMC设备一开，595输出数据就 ...

DRV8860的确是不便宜，之前在V6群还讨论过这个问题。

595属于非常经典的方案了，可以换个其他厂家的595芯片试试。

云琴箫龙

eric2013 发表于 2018-7-3 00:03
没有NE片选的话，你忽略了最重要的一点，任何FMC操作都可以影响这个外设。

对啊，之前没考虑到这个问题，这么看来这里或门的使用还是非常巧妙的。

云琴箫龙

eric2013 发表于 2018-7-3 00:04
DRV8860的确是不便宜，之前在V6群还讨论过这个问题。

595属于非常经典的方案了，可以换个其他厂家的59 ...

他们的回复是595设计抗干扰本来就差，对外部电路设计要求比较高，基本上要加一堆防护，DRV8860在板子上几乎是裸奔的状态，从来没有出过问题。之前的设备就一直这么用了。
TI的多种后缀的片子都试过，正规代理拿来的应该不是水货，其它家的有机会也试试。

eric2013

云琴箫龙 发表于 2018-7-3 22:55
他们的回复是595设计抗干扰本来就差，对外部电路设计要求比较高，基本上要加一堆防护，DRV8860在板子上几 ...

感谢告知这个情况，后面也得留意下

蓝瑟lemon

设计的很巧妙啊 ，希望能分享更多的类似设计！！

cortex

云琴箫龙 发表于 2018-7-2 20:38
之前用过595去扩IO驱动LED指示灯，但是发现这个片子抗干扰真的很差劲，旁边的EMC设备一开，595输出数据就 ...

你是3.3直接驱动595还是有5V上拉，如果你74HC4595是5v供电，我也出现过这个问题，输出是絮乱的，后来我把输入的3个IO开漏输出，使用外部的上拉就解决问题了

byccc

cortex 发表于 2018-7-7 23:36
你是3.3直接驱动595还是有5V上拉，如果你74HC4595是5v供电，我也出现过这个问题，输出是絮乱的，后来我把 ...

貌似推挽也没问题，就是不知道那个效果更好些。

cortex

推挽的话，这样只有3.3V，我开漏外加上拉有5V，上拉电阻稍微小点，效果可能更加好。外加了5V上拉，一定要关闭内部的上拉，不然两个电阻会分压，实际IO的高电平只有4V左右，有兴趣的可以试试

byccc

cortex 发表于 2018-7-8 19:52
推挽的话，这样只有3.3V，我开漏外加上拉有5V，上拉电阻稍微小点，效果可能更加好。外加了5V上拉，一定要关 ...

非常感谢

dandelion

这种扩展方式，是否只能用于输出？如果有输入口，能挂在这上面吗？

eric2013

dandelion 发表于 2018-7-29 21:45
这种扩展方式，是否只能用于输出？如果有输入口，能挂在这上面吗？

对，不能做输入。

dy84082666

eric2013 发表于 2018-7-30 00:49
对，不能做输入。

很有用的教程，说的很详细。果断收藏。

在这问一下，有没有用作输入口的方案？

是不是把输入D0~31和对面的管脚对调，然后使用nOE与片选做个或门，就能实现？

magicoctoier

dy84082666 发表于 2018-10-19 09:16
很有用的教程，说的很详细。果断收藏。

在这问一下，有没有用作输入口的方案？

IO口扩展如果同时需要输入和输出，建议使用PCF8574使用IIC总线扩展IO（TI和NXP都有这个型号），或者使用PCF8574的升级产品PCA8574 PCA9674等等NXP的PCA系列。

dy84082666

magicoctoier 发表于 2018-10-19 09:31
IO口扩展如果同时需要输入和输出，建议使用PCF8574使用IIC总线扩展IO（TI和NXP都有这个型号），或者使用P ...

谢谢您的解答，其实我想问的是用地址数据总线扩展输入口的方法。

顺便一提，用74HC245也可以扩展输入或输出口。

myxiaonia

dy84082666 发表于 2018-10-19 09:56
谢谢您的解答，其实我想问的是用地址数据总线扩展输入口的方法。

顺便一提，用74HC245也可以扩展输入 ...

8255啊

云琴箫龙

最近想用FMC扩展IO口，再次翻看这个帖子的时候又产生了一点儿疑问
如果用FMC_NE2_B直接接四片574的片选，FMC_NWE接四片574的CP端，似乎也可以实现啊，而且还省了一个或门芯片。硬汉哥为何不采用这种方案呢？