
基础知识简介 RGBLCD 1.RGBLCD的信号 ![]() 一般的 RGB 屏有 24 根颜色数据线(RGB 各站 8 根,即RGB888 格式),这样可以表示最多 1600W 色,DE、VS、HS 和 DCLK,用于控制数据传输。 2.RGBLCD驱动模式 其驱动模式主要分为两种 DE模式 DE 模式使用 DE 信号来确定有效数据,DE 为高/低时,数据有效 HV模式 HV模式需要行同步和列同步,来表示扫描的行和列 LTDC STM32F767xx 系列芯片都带有 TFT LCD 控制器,即 LTDC,通过这个 LTDC,STM32F767可以直接外接 RGBLCD 屏,实现液晶驱动。 1.信号线 STM32F767 核心板板载的 LCD 接口引出为了,节省 IO,并提高图片显示速度,使用 RGB565 颜色格式,这样只需要 16 个 IO 口,当使用 RGB565 格式的时候,LCD 面板的数据线,必须连接到 LTDC 数据线的 MSB ![]() 2.图像处理单元 先从 AHB 接口获取显存中的图像数据,然后经过层 FIFO(有 2 个,对应 2 个层)缓存,每个层 FIFO 具有 64*32 位存储深度,然后经过像素格式转换器(PFC),把从层的所选输入像素格式转换为 ARGB8888 格式,再通过混合单元,把两层数据合并,混合得到单层要显示的数据,最后经过抖动单元处理(可选)后,输出给 LCD 显示。 混合单元首先将第一层与背景层进行混合,随后,第二层与第一层和第二层的混合颜色结果再次混合,完成混合后,送给 LCD显示。 ![]() 3.AHB 接口 由于 LTDC 驱动 RGBLCD 的时候,需要有很多内存来做显存,比如一个 800480 的屏幕,按一般的 16 位 RGB565 模式,一个像素需要 2 个字节的内存,总共需要:800480*2=768K 字节内存,STM32 内部是没有这么多内存的,所以必须借助外部 SDRAM,而 SDRAM 是挂在AHB 总线上的,LTDC 的 AHB 接口,就是用来将显存数据,从 SDRAM 存储器传输到 FIFO 里面。 4.LTDC相关寄存器及使用方法 LTDC 的各种配置寄存器以及状态寄存器,用于控制整个 LTDC 的工作参数, 主要有:各信号的有效电平、垂直/水平同步时间参数、像素格式、数据使能等等。 如果 RGBLCD 使用的是 DE 模式,需要设置如下参数,然后 LTDC会根据这些设置,自动控制 DE 信号。 LTCD全局控制寄存器 LTCD_GCR ![]() ![]() LTCD同步大小寄存器 LTDC_SSCR 该寄存器用于设置垂直同步高度(VSH)和水平同步宽度(HSW) ![]() ![]() LTDC有效宽度配置寄存器 LTDC_AWCR 这里所说的有效高度和有效宽度,是指 LCD 面板的宽度和高度,构成分辨率 ![]() ![]() LTDC 总宽度配置寄存器 LTDC_TWCR ![]() ![]() LTDC 背景色配置寄存器 LTDC_BCCR 该寄存器定义背景层的颜色(RGB888),通过低 24 位配置,我们一般设置为全 0 即可。 ![]() LTDC当前位置状态寄存器 LTDC_CPSR ![]() CXPOS[31~16]:返回当前X坐标位置 CYPOS[15~0]:返回当前Y坐标位置 LTDC当前显示状态寄存器 LTDC_CDSR 此寄存器返回由 HSYNC、VSYNC 和水平/垂直 DE 信号控制的当前显示阶段的状态 ![]() 位 31:24 保留,必须保持复位值 位 3 HSYNCS:水平同步显示状态 (Horizontal Synchronization display Status) 0:低电平有效 1:高电平有效 位 2 VSYNCS:垂直同步显示状态 (Vertical Synchronization display Status) 0:低电平有效 1:高电平有效 位 1 HDES:水平数据使能显示状态 (Horizontal Data Enable display Status) 0:低电平有效 1:高电平有效 位 0 VDES:垂直数据使能显示状态 (Vertical Data Enable display Status) 0:低电平有效 1:高电平有效 LTDC 的层颜色帧缓冲区地址寄存器 LTDC_LxCFBAR(x=1/2) 该寄存器用来定义一层显存的起始地址。STM32F767 的 LTDC 支持 2 个层,所以总共有两个寄存器,分别设置层 1 和层 2 的显存起始地址。 ![]() LTDC 的层像素格式配置寄存器 LTDC_LxPFCR(x=1/2) 该寄存器只有最低 3 位有效,用于设置层颜色的像素格式,一般使用 RGB565 格式,即该寄存器设置为:010 即可。 ![]() LTDC 的层恒定 Alpha 配置寄存器 LTDC_LxCACR(x=1/2) 该寄存器低 8 位(CONSTA)有效,这些位配置混合时使用的恒定 Alpha。恒定 Alpha 由硬件实现 255 分频。 ![]() LTDC 的层默认颜色配置寄存器 LTDC_LxDCCR(x=1/2) 该寄存器定义采用 ARGB8888 格式的层的默认颜色。默认颜色在定义的层窗口外使用或在层禁止时使用。一般情况下,用不到,所以该寄存器一般设置为 0 即可。 ![]() LTDC 层混合系数配置寄存器:LTDC_LxBFCR(x=1/2) 该寄存器用于定义混合系数:BF1 和 BF2。BF1=100 的时候,使用恒定的 Alpha 混合系数(由LTDC_LxCACR寄存器设置恒定Alpha值),BF1=110的时候,使用像素Alpha恒定Alpha。像素 Alpha 即 ARGB 格式像素的 A 值(Alpha 值),仅限 ARGB 颜色格式时使用。在 RGB565格式下,我们设置 BF1=100 即可。BF2 同 BF1 类似,BF2=101 的时候,使用恒定的 Alpha 混合系数,BF2=111 的时候,使用像素 Alpha恒定 Alpha。在 RGB565 格式下,我们设置 BF2=101即可。 通用的混合公式为:BC=BF1C+BF2Cs 其中:BC=混合后的颜色;BF1=混合系数 1;C=当前层颜色,即我们写入层显存的颜色值;BF2=混合系数 2;Cs=底层混合后的颜色,对于层 1 来说,Cs=背景层的颜色,对于层 2 来说,Cs=背景层和层 1 混合后的颜色。 ![]() LTDC 的层窗口水平位置配置寄存器 LTDC_LxWHPCR(x=1/2) 该寄存器定义第 1 层或第 2 层窗口的水平位置,第一个和最后一个像素 ![]() WHSTPOS:窗口水平起始位置,定义层窗口的一行的第一个可见像素, WHSPPOS:窗口水平停止位置,定义层窗口的一行的最后一个可见像素 LTDC 的层窗口垂直位置配置寄存器 LTDC_LxWVPCR(x=1/2) 该寄存器定义第 1 层或第 2 层窗口的垂直位置(第一行或最后一行) ![]() WVSTPOS:窗口垂直起始位置,定义层窗口的第一个可见行。 WVSPPOS:窗口垂直停止位置,定义层窗口的最后一个可见行。 LTDC 的层颜色帧缓冲区长度寄存器 LTDC_LxCFBLR(x=1/2) 该寄存器定义颜色帧缓冲区的行长和行间距。 ![]() CFBLL:这些位定义一行像素的长度(以字节为单位)+3。 行长的计算方法为:有效宽度 * 每像素的字节数 + 3。 比如,LCD 面板的分辨率为 800480,有效宽度为 800,采用 RGB565 格式,那么 CFBLL 需要设置为:8002+3=1603。 CFBP:这些位定义从像素某行的起始处到下一行的起始处的增量(以字节为单位)。 这个设置,其实同样是一行像素的长度,对于 800480 的 LCD 面板,RGB565 格式,设置 CFBP 为:8002=1600 即可。 LTDC 的层颜色帧缓冲区行数寄存器 LTDC_LxCFBLNR(x=1/2) 该寄存器定义颜色帧缓冲区中的行数。 比如,LCD 面板的分辨率为 800*480,那么帧缓冲区的行数为 480 行,则设置 CFBLNBR=480 即可 ![]() 5.时钟域 LTDC 有三个时钟域:AHB 时钟域(HCLK)、APB2 时钟域(PCLK2)和像素时钟域(LCD_CLK), AHB 时钟域用于驱动 AHB 接口,读取存储器的数据到 FIFO 里面; APB2 时钟域用于配置寄存器; LCD_CLK像素时钟域则用于生成 LCD 接口信号,LCD_CLK 的输出应按照 LCD 面板要求进行配置。 DMA2D 为了提高STM32F767的图像处理能力,ST公司设计了一个专用于图像处理的专业 DMA,通过 DMA2D 对图像进行填充和搬运,可以完全不用CPU 干预,从而提高效率,减轻 CPU 负担。 它可以执行下列操作: 用特定颜色填充目标图像的一部分或全部(可用于快速单色填充) 将源图像的一部分(或全部)复制到目标图像的一部分(或全部)中(可用于快速图像填充) 通过像素格式转换将源图像的一部分(或全部)复制到目标图像的一部分(或全部)中 将像素格式不同的两个源图像部分和/ 或全部混合,再将结果复制到颜色格式不同的部分或整个目标图像中 DMA2D 有四种工作模式,通过 DMA2D_CR 寄存器的 MODE[1:0]位选择工作模式: 1, 寄存器到存储器 2, 存储器到存储器 3, 存储器到存储器并执行 PFC 4, 存储器到存储器并执行 PFC 和混合 寄存器到储存器 寄存器到存储器模式用于以预定义颜色填充用户自定义区域,也就是可以实现快速的单色 填充显示,比如清屏操作。 在该模式下:颜色格式在 DMA2D_OPFCCR 中设置,DMA2D 不从任何源获取数据,它只 是将 DMA2D_OCOLR 寄存器中定义的颜色写入通过 DMA2D_OMA 寻址以及 DMA2D_NLR 和 DMA2D_OOR 定义的区域 储存器到储存器 该模式下,DMA2D 不执行任何图形数据转换。前景层输入 FIFO 充当缓冲区,数据从 DMA2D_FGMAR 中定义的源存储单元传输到 DMA2D_OMAR 寻址的目标存储单元,可用于快 速图像填充。DMA2D_FGPFCCR 寄存器的 CM[3:0]位中编程的颜色模式决定输入和输出的每像 素位数。对于要传输的区域大小,源区域大小由 DMA2D_NLR 和 DMA2D_FGOR 寄存器定义, 目标区域大小则由 DMA2D_NLR 和 DMA2D_OOR 寄存器定义。 以上两个工作模式,LTDC 在层帧缓存里面的开窗关系都一样的,经过如下三个寄存器的配置,就可以确定窗口的显示位置和大小。 (1). 窗口显示区域的显存首地址由 DMA2D_OMAR 寄存器指定, (2).窗口宽度和高度由DMA2D_NRL 寄存器的 PL 和 NL 指定 (3).行偏移(确定下一行的起始地址)由 DMA2D_OOR寄存器指定, ![]() 在寄存器到存储器模式下,在开窗完成后,DMA2D 可以将 DMA2D_OCOLR 指定的颜色, 自动填充到开窗区域,完成单色填充。 在存储器到存储器模式下,需要完成两个开窗:前景层和显示层,完成配置后,图像数据从前景层拷贝到显示层(仅限窗口范围内),从而显示到 LCD 上面。显示层的开窗如上图所示,前景层也和上图类似,只是 DMA2D_OMAR 寄存器变成了DMA2D_FGMAR,DMA2D_OOR寄存器变成了DMA2D_FGOR,DMA2D_NRL则两个层共用,然后就可以完成对前景层的开窗,确定好两个窗口后,DMA2D 就将前景层窗口内的数据,拷贝到显示层窗口,完成快速图像填充。 DMA2D相关寄存器 DMA2D控制寄存器 DMA2D_CR 该寄存器,主要是MODE 和 START 这两个设置 ![]() MODE:表示 DMA2D 的工作模式, 00:存储器到存储器模式;01:存储器到存储器模式并执行 PFC; 10:存储器到存储器并执行混合;11,寄存器到存储器模式; START:该位控制 DMA2D 的启动,在配置完成后,设置该位为 1,启动 DMA2D 传输。 DMA2D输出 PFC 控制寄存器 DMA2D_OPFCCR 该寄存器用于设置寄存器到存储器模式下的颜色格式 ![]() 只有最低 3 位有效(CM[2:0]),表示的颜色格式有: 000,ARGB8888;001:RGB888;010:RGB565; 011:ARGB1555;100:ARGB1444。 我们一般使用的是 RGB565 格式,所以设置 CM[2:0]=010 即可。 DMA2D前景层 PFC 控制寄存器:DMA2D_FGPFCCR ![]() 该寄存器,低 4 位:CM[3:0],用于设置存储器到存储器模式下的颜色格式,这四个位表示的颜色格式为: 0000:ARGB8888;0001:RGB888;0010:RGB565; 0011:ARGB1555;0100:ARGB4444;0101:L8; 0110:AL44;0111:AL88;1000:L4;1001:A8;1010:A4; 我们一般使用 RGB565 格式,所以设置 CM[3:0]=0010 即可。 DMA2D输出偏移寄存器 DMA2D_OOR ![]() 该寄存器仅最低 14 位有效(LO[13:0]),用于设置输出行偏移,作用于显示层,以像素为 单位表示。此值用于生成地址。行偏移将添加到各行末尾,用于确定下一行的起始地址。 同样的,还有前景层偏移寄存器:DMA2D_FGOR,该寄存器同 DMA2D_OOR 一样,也是 低 14 位有效,用于控制前景层的行偏移,也是用于生成地址,添加到各行末尾,从而确定下一 行的起始地址。 DMA2D输出存储器地址寄存器 DMA2D_OMAR ![]() 该寄存器设置由 MA[31:0]设置输出存储器地址,也就是输出 FIFO 所存储的数据地址,该地址需要根据开窗的起始坐标来进行设置。以 800480 的 LCD 屏为例,行长度为 800 像素,假定帧缓存数组为:ltdc_framebuf,我们设置窗口的起始地址为:sx(<800),sy(<480),颜色格式为 RGB565,每个像素 2 个字节,那么 MA 的设置值应该为: *MA[31:0]= framebuf+2(800sy+sx)** 同样的,还有前景层偏移寄存器:DMA2D_ FGMAR,该寄存器同 DMA2D_OMAR 一样, 不过是用于控制前景层的存储器地址,计算方法同 DMA2D_OMAR。 DMA2D行数寄存器 DMA2D_NLR ![]() 该寄存器用于控制每行的像素和行数,该寄存器的设置对前景层和显示层均有效,通过该寄存器的配置,就可以设置开窗的大小。其中: NL[15: 0]:设置待传输区域的行数,用于确定窗口的高度。 PL[13: 0]:设置待传输区域的每行像素数,用于确定窗口的宽度 DMA2D输出颜色寄存器 DMA2D_OCOLR ![]() 该寄存器用于配置在寄存器到存储器模式下,填充时所用的颜色值,该寄存器是一个 32位寄存器,可以支持 ARGB8888 格式,也可以支持 RGB565 格式。我们一般使用 RGB565 格式,比如要填充红色,那么直接设置 DMA2D_OCOLR=0XF800 就可以了。 DMA2D中断状态寄存器 DMA2D_ISR ![]() 该寄存器表示了 DMA2D 的各种状态标识 TCIF 位,表示 DMA2D 的传输完成中断标志。当 DMA2D 传输操作完成(仅限数据传输)时此位置 1,表示可以开始下一次 DMA2D 传输了 DMA2D 中断标志清零寄存器:DMA2D_IFCR,用于清除 DMA2D_ISR 寄存器对应位的标志。通过向该寄存器的第 1 位(CTCIF)写 1,可以用于清除 DMA2D_ISR 寄存器的 TCIF 位标志。 LTDC具体使用步骤 1.使能 LTDC 时钟,并配置 LTDC 相关的 IO 及其时钟使能。 使用 LTDC,当然首先得开启其时钟。 然后需要把 LCD_R/G/B 数据线、LCD_HSYNC和 LCD_VSYNC 等相关 IO 口,全部配置为复用输出,并使能各 IO 组的时钟。
2.设置LCD_CLK时钟 配置 LCD 的像素时钟,根据 LCD 的面板参数进行设置,LCD_CLK 由 PLLSAI进行配置,配置使用到的 HAL 库函数为:
3.设置RGBLCD相关参数,并使能LTDC
4.设置 LTDC层参数
5.设置LTDC层窗口
完成了 LTDC 的配置,可以控制 RGBLCD 显示了。 使用DMA2D完成颜色填充 使用官方提供的 HAL 库 DMA2D 相关库函数进行颜色填充效率极为低下,大量时间浪费在函数的入栈出栈以及过程处理,所以在项目开发中一般都不会使用 DMA2D 库函数进行颜色填充 1)使能 DMA2D 时钟,并先停止 DMA2D。 要使用 DMA2D,先得开启其时钟。然后 DMA2D 在配置其相关参数的时候,需要先停止DMA2D 传输。 使能 DMA2D 时钟和停止 DMA2D 方法为:
2)设置 DMA2D 工作模式。 通过 DMA2D_CR 寄存器,配置 DMA2D 的工作模式。我们用了寄存器到存储器模式和存储器到存储器这两个模式。 寄存器到存储器模式设置:
存储器到存储器模式设置:
3)设置 DMA2D 的相关参数。 这一步,我们需要设置:颜色格式、输出窗口、输出存储器地址、前景层地址(仅存储器到存储器模式需要设置)、颜色寄存器(仅寄存器到存储器模式需要设置)等,由:DMA2D_OPFCCR、DMA2D_FGPFCCR、DMA2D_OOR、DMA2D_FGOR 、DMA2D_OMAR、DMA2D_FGMAR 和 DMA2D_NLR 等寄存器进行配置。具体配置过程请参考实验源码。 4)启动 DMA2D 传输。 通过 DMA2D_CR 寄存器配置开启 DMA2D 传输,实现图像数据的拷贝填充,方法为: DMA2D->CR|=DMA2D_CR_START; //启动 DMA2D 1 5)等待 DMA2D 传输完成,清除相关标识。 最后,在传输过程中,不要再次设置 DMA2D,否则会打乱显示,所以一般在启动 DMA2D后,需要等待 DMA2D 传输完成(判断 DMA2D_ISR),在传输完成后,清除传输完成标识(设置 DMA2D_IFCR),以便启动下一次 DMA2D 传输。
通过以上几个步骤,我们就完成了 DMA2D 填充 使用示例
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