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工程师笔记 | TouchGFX图形应用在亮屏时的低功耗实现

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STMCU-管管 发布时间:2021-12-28 10:20
1 图形应用和低功耗

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! ?- [6 K4 [4 U; P8 P; e' J' A随着智能设备的普及,越来越多的设备会用到图形界面,而在STM32 MCU上使用TouchGFX,使得图形设计变得非常简单。其中智能手表、智能手环等产品对功耗要求比较高,这就需要在图形应用同时,结合芯片的低功耗模式来优化能耗。
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3 B5 K& z' Z1 y+ b8 u在图形应用中使用低功耗,一般分为两种场景,一种是在关闭屏幕时,MCU进入STOP模式,能极大的降低MCU功耗;另一种是在屏幕亮着的状态,MCU进入SLEEP模式,也能降低MCU功耗。而在STM32L4+芯片上,LPSLEEP模式相比SLEEP模式功耗更低,本文将在STM32L4R9芯片上,结合TouchGFX和LPSLEEP来介绍如何在亮屏状态下实现MCU低功耗。
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6 R( m9 g4 ^, Z+ B. {$ B3 j
2 低功耗实现原理介绍
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) ^1 U: m% E, M# r7 O' j
在使用TouchGFX做图形应用时,会使用到FreeRTOS操作系统,使用SysTick定时产生1ms的中断来作为系统tick。在所有应用任务空闲时,系统会调度Idle任务。此时我们能让MCU进入低功耗,从而达到降低MCU功耗的目的。! x4 E& o9 \6 h* V
; E# c3 Y1 u4 l* R/ d2 o% n) M
3 ~9 ^/ X# U/ G% {5 g3 a1 K
2.1  Tickless Idle

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0 L( ?4 |2 c7 K, tFreeRTOS提供了Tickless Idle配置,在FreeRTOSConfig.h文件中,通过配置configUSE_TICKLESS_IDLE为不同的值来配置FreeRTOS是否在Idle任务里进入低功耗,默认为0表示不进入低功耗。
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6 H* \% ^# d7 _: c# p
4 {' Y- [  ~- I0 ?* D8 g
本文中将配置为2,自定义Idle任务中低功耗实现。
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0 S, ]2 E5 y1 C' w1 o- T$ Y
Table 1 Tickless Idle 配置# j3 t1 X+ p: f: S( O1 m
4 R1 o# E  ], p7 w
FreeRTOS中进入低功耗具体是由vPortSuppressTicksAndSleep函数实现。配置configUSE_TICKLESS_IDLE 为 2 时,还需要重写 vPortSetupTimerInterrupt 函数。
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6 @3 G+ Z7 A0 J1 w; k0 J/ [( A& p
2.2 TouchGFX渲染与LPSLEEP限制
+ d% e. _9 A9 l5 a0 l' g6 V. z

6 S# c1 ^/ C4 Z* {根据参考手册描述,在进入LPSLEEP时要先切换到LPRUN模式,系统时钟要降低到2MHz,因此在进入、退出LPSLEEP时会有时钟的切换过程。
! \, j9 C! q3 I( D7 R+ S  t. t. }& w
在屏幕亮着的状态时,用户可能随时触摸屏幕,或者系统信息可能更新,因此屏幕显示的内容可能随时变化,如果此时MCU进入LPSLEEP状态,会导致系统响应不及时。另外,在屏幕内容更新时,L4R9通过DSI向屏幕更新显示数据,此过程由硬件完成,在此过程中,软件也有可能会进入LPSLEEP,这样系统时钟发生变化,会导致DSI更新显示数据异常,产生屏幕显示花屏的问题。
+ [! w  D" h6 u! e0 n! ?  {' \  S, H! z* u1 M* K8 j
为了避免以上问题,在进入LPSLEEP前会检查当前状态,如果用户未操作屏幕,TouchGFX已经完成渲染,DSI刷新过程也完成,则允许系统进入LPSLEEP状态。这样既保证了系统正常工作,又达到了降低功耗的目的。) M9 @( G1 h7 t! A0 P2 B- @3 {: S
, N) K( X4 U0 U
3 实现过程

) s+ n  u$ x+ q9 Y" U: v9 c
- B4 e# M8 K: L6 Q0 A
重写vPortSetupTimerInterrupt函数,主要是设置与休眠时间补偿相关的变量,初始化systick寄存器:
: |9 l5 Z* w( F( ^6 ?( c
14.png
Figure 1
! l5 q: Z! w9 c* j$ ]
重写vPortSuppressTicksAndSleep函数。在进入LPSLEEP前,会停止systick,在休眠完成后,需要补偿系统tick值,示例中使用LPTIM计时来补偿系统tick值。在进入LPSLEEP前先进行状态检查,只要有以下情况,都不进入低功耗模式:- E* [3 t- L' U% B9 b; u

/ s# E( p' W7 E3 B7 w+ S+ ^! D* va)    触摸事件产生:nosleep_flg
, {) f( B( W, j: V- \b)    DMA2D busy状态:isDMAbusy_a()
( t# U' F; V. t/ O+ Ac)    DSI refreshing状态:displayRefreshing# f  H* P  L' k6 w3 K/ b% X) a( k' x% R
d)    渲染完成,请求DSI 刷新:refreshRequested
0 F5 J# i' O. O, T1 I' [7 |
15.png
Figure 2
5 K' j, [0 j$ t3 f# I. _4 K
. I  N3 T3 ]( |2 H, i2 P
TouchGFX渲染过程包括两部分,CPU渲染和DMA2D渲染。在CPU渲染过程中,TouchGFX任务处于执行状态,系统不会主动调度Idle任务。而在DMA2D渲染过TouchGFX会让出CPU,此时可能会切换到Idle任务执行,因此需要对DMA2D是否正在渲染进行判断。对DMA2D是否在渲染的判断如下:
4 P, F3 P0 F+ W: B" h/ e
16.png
Figure 3
, _: ^( _3 M, |
小结
在TouchGFX图形应用中,在屏幕亮着的情况下如果需要优化功耗,可考虑结合FreeRTOS tickless模式,使用MCU的低功耗模式达到节能省电的目的。 8 J* A5 {6 s; ~
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