STM32CubeMX ｜42-使用DMA2D加速显存数据传输

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STMCU小助手发布时间：2021-7-26 10:38

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文章简介:	本节中我们接着上一节的实验，讲述如何使用 DMA2D 实现打点、画线、填充等函数，只需要单层全屏即可，修改LTDC层配置如下

一、使用CPU搬运数据到显存
在上一篇文章中讲述了如何配置 LTDC 驱动 RGB 屏幕：

STM32CubeMX | 41-使用LTDC驱动TFT-LCD屏幕（RGB屏）。

本节中我们接着上一节的实验，讲述如何使用 DMA2D 实现打点、画线、填充等函数，只需要单层全屏即可，修改LTDC层配置如下：

1. 编写lcd驱动头文件
创建lcd_rgb_ltdc_drv.h文件，存放关于操作LCD屏幕的一些宏定义配置和函数定义：

#ifndef _LCD_RGB_LTDC_DRV_H_
#define _LCD_RGB_LTDC_DRV_H_
#include "ltdc.h"
/**
* @brief Windows size on lcd.
*/
#define LCD_WIDTH 1024
#define LCD_HEIGHT 600
/**
* @brief Backlight control pin of lcd.
*/
#define LCD_BL_GPIO_PORT GPIOB
#define LCD_BL_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
/**
* @brief start address of lcd framebuffer.
*/
#define LCD_FRAME_BUFFER 0xc0000000
/**
* @brief color
* @note rgb565
*/
#define BLACK 0x0000
#define BLUE 0x001F
#define GREEN 0x07E0
#define GBLUE 0X07FF
#define GRAY 0X8430
#define BROWN 0XBC40
#define RED 0xF800
#define PINK 0XF81F
#define BRRED 0XFC07
#define YELLOW 0xFFE0
#define WHITE 0xFFFF
/**
* @brief Control the lcd backlight.
* @param[in] brightness the value of lcd backlight.
* @return None
*/
void lcd_backlight_control(uint8_t bightness);
/**
* @brief LCD initialization.
* @param None
* @return None
*/
void lcd_init(void);
/**
* @brief Clear lcd.
* @param[in] color rgb565.
* @return None
*/
void lcd_clear(uint16_t color);
#endif /* _LCD_RGB_LTDC_DRV_H_ */

复制代码

2. lcd驱动实现
创建lcd_rgb_ltdc_drv.c文件，存放关于操作LCD屏幕的函数实现。

首先是背光控制实现，应该使用pwm实现背光调节，本文中为了方便直接使用GPIO控制：

void lcd_backlight_control(uint8_t bightness)
{
// todo: use pwm to control backlight
if (bightness) {
// turn on the backlight
HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_PORT, LCD_BL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
} else {
// turn off the backlight
HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_PORT, LCD_BL_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}
}

复制代码

接着实现lcd清屏函数，使用CPU（循环）搬运数据到显存中：

void lcd_clear(uint16_t color)
{
uint16_t *ptr = (uint16_t*)LCD_FRAME_BUFFER;
uint32_t i = 0;
while (i++ < LCD_WIDTH*LCD_HEIGHT) {
*(ptr+i) = color;
}
}

复制代码

最后实现lcd初始化函数，先刷显存，然后开背光，防止设备上电时屏幕闪烁：

void lcd_init()
{
lcd_clear(BLACK);
lcd_backlight_control(255);
}

复制代码

3. lcd单次清屏时间测试
在main.c中包含驱动头文件：

#include "lcd_rgb_ltdc_drv.h"

复制代码

在main函数中的sdram初始化函数之后，添加lcd初始化函数，并使用HAL库自带的systick时间戳测量一次清屏的时间：

/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("sdram test by mculover666\r\n");
SDRAM_Init();
printf("sdram init success\r\n");
lcd_init();
start_time = HAL_GetTick();
lcd_clear(PINK);
end_time = HAL_GetTick();
printf("lcd clear spend time:%ld ms\r\n", end_time - start_time);
/* USER CODE END 2 */

复制代码

编译、运行，在串口助手可以看到使用CPU搬运数据到显存中，在-Og优化等级下单次清屏需要 155 ms左右，在-O0优化等级下单次清屏需要321ms左右：

二、使用DMA2D加速显存数据搬运
1. DMA2D
在STM32中，DMA2D外设专门用来给LCD显示加速，有LTDC外设的型号中，通常也会配套有DMA2D。

DMA2D外设主要提供了两个功能：

DMA数据搬运：常用从寄存器到存储器、存储器到存储器两种模式，快速高效，并且不占用cpu资源；
2D图形加速：支持快速格式转换和混合；
本文中主要使用到DMA2D外设的数据搬运功能，使用起来也是比较简单。

2. 开启DMA2D

重新生成工程，cubemx会自动生成并调用dma2d初始化函数，完成dma2d外设时钟使能以及dma2d传输模式配置。

3. 使用DMA2D实现lcd清屏函数
在lcd驱动头文件中添加一个宏定义，用于控制是否使能DMA2D：

/**
* @brief whether use dma2d to transfer data to lcd framebuffer.
*/
#define USE_DMA2D_EN 1

复制代码

接着对DMA2D传输操作进行封装，编写一个DMA2D传输函数：

static void dma2d_transfer_data_r2m(uint32_t *addr, uint32_t xSize, uint32_t ySize, uint32_t offsetLine, uint16_t color)
{
DMA2D->CR = DMA2D_R2M; // dma2d mode: register to memory.
DMA2D->OPFCCR = DMA2D_OUTPUT_RGB565;
DMA2D->OCOLR = color;
DMA2D->OMAR = (uint32_t)addr;
DMA2D->OOR = offsetLine;
DMA2D->NLR = (uint32_t)(xSize << 16) | (uint16_t)ySize;
DMA2D->CR |= DMA2D_CR_START;
while (DMA2D->CR & DMA2D_CR_START);
}

复制代码

利用此DMA2D传输函数，重新添加清屏函数的实现：

void lcd_clear(uint16_t color)
{
#if USE_DMA2D_EN
dma2d_transfer_data_r2m((uint32_t *)LCD_FRAME_BUFFER, LCD_WIDTH, LCD_HEIGHT, 0, color);
#else
uint16_t *ptr = (uint16_t*)LCD_FRAME_BUFFER;
uint32_t i = 0;
while (i++ < LCD_WIDTH*LCD_HEIGHT) {
*(ptr+i) = color;
}
#endif /* USE_DMA2D_EN */
}