【经验分享】GUI 方案中 ALPHA 通道处理介绍

STMCU小助手 · 2022-02-18T14:56:35+00:00

前言 ( ?: S! l c2 j8 D6 K* H伴随着 GUI 应用在嵌入式领域比重日益增加，STM32 专门提供了 DMA2D、LTDC 以及 DSI 等外设，能够实现优良的 GUI 解决方案。本文主要围绕 STM32 的 DMA2D 和 LTDC 展开讨论，介绍图片 ALPHA 通道的处理事项。 3 ]& t/ A9 C3 { X2 R. cALPHA 通道简述; A$ O+ c! D1 s3 T9 d+ @! h6 n6 O ALPHA 通道是指一张图片的透明和半透明度。不同颜色格式的图片，具备的 ALPHA 通道位数有所区别，本文围绕 8 位的 ALPHA 通道展开介绍。如下图，为 ALPHA 通道的几种实例。其中透明度由ALPHA 通道值决定。( \& S. |6 ~, w6 i. `& x9 H% C 5 G Q: Z# S+ T4 R5 p + w4 N( [+ J* m* Z $ }/ u: [9 ?: U4 {" `5 Q% a STM32 图片显示方案介绍 ) |9 X! M. A& i* s& f* U为了更好的阐述 ALPHA 通道的作用及相关处理，先对 STM32 的图片显示进行简单介绍。以支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32 为例，图片的数据流如下图所示（为简化介绍，仅以图片生成像素数据，直接对像素数据进行显示的图片显示方案为例）。( `1 h9 B6 ~" G5 G1 e . ~( T' Q, Z! [ : u X/ x# q$ P# a. i) y ( r2 k( @& m6 h: |首先利用 PC 端工具，将图片转为包含像素数据的文件(例如 STemWin 中提供的 bmpCvt.exe 或者bmpCvtST.exe 工具，能够将图片导出为包含像素数据的.c 文件)。编译链接生成烧录文件，烧录时，对应的像素数据保存到 ROM 中。然后利用 DMA2D 实现图片资源的转移，转移到在 RAM 中开辟的显示缓存空间中。最后，LTDC 访问对应的显示缓存空间，实现对 RGB 接口显示屏的内容刷新，从而实现图片的显示。+ R* ]$ d6 Q' V# _ ( ^& b9 o2 N( T1 v' x& }0 t& uSTM32 ALPHA 通道处理$ U$ e- a7 }/ i0 f, s4 m 上述例中，涉及到两种 STM32 内部外设 DMA2D 和 LTDC，内部框架如下图所示。 5 k& G) ^8 _/ y" P- i6 T# v* k% V7 s0 }( C" E 3 A1 T# ^1 {( h# w( R9 g ; [6 n: T% j' F% P3 x4 F+ y 从图中可以了解到，ALPHA 通道在 DMA2D 和 LTDC 中都能进行处理。具体在像素格式转化和混合中处理。 ' ^; J4 v7 [$ v下面围绕 ALPHA 通道处理，分环节进行描述。 ' c4 p# r/ l9 }, m5 C) G) N0 R. N0 _0 z% I 7 w* V6 B3 v# q0 J PC 端处理# o7 a" R3 G2 O. @, y( X ALPHA 通道在电脑端的处理，除了应用效果上的处理外，主要注意图片导出像素信息时，与硬件平台匹配。, D) K# L9 @" C# J 例如，bmpCvtST.exe 工具为 32 位真彩色图片，提供了如下两种导出类型。bmpCvtST.exe 是bmpCvt.exe 的 ST 版，能够更好的支持 STM32 平台上图片应用开发。 ! Q/ a3 A9 G5 e8 D1 y) K+ n/ u; a" o$ u9 D( d 2 y: c+ H8 y* z- y / _$ W1 c( c1 F5 N6 z . s4 X M# X% i5 ?8 Z a 具体导出何种类型的图片数据.c 文件，需要根据采用的 STM32 DMA2D 外设支持情况进行确定。将在DMA2D 处理小结进行说明。一般情况下，ARGB 格式与全部支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32 硬件平台匹配。; k: E3 \: }: }% I- ~ 4 }0 |4 v( s$ H% L3 E DMA2D 上处理 5 g+ y$ S3 O( r; n$ ?/ E如上图，在利用 DMA2D 进行数据的转移、填充等过程中，支持对 ALPHA 通道值的更改。在像素格式转换环节，通过 DMA2D_xxPFCCR 寄存器的配置实现，支持如下三种形式： / D8 E% T( E5 L* H: K9 S1. 保留像素信息原 ALPHA 通道值 . L' c4 a8 X" K4 }3 s2 L5 {7 \2. 利用 ALPHA@DMA2D_xxPFCCR 替换原 ALPHA 通道值6 K6 D* s+ l: j$ i Y. g 3. 利用原 ALPHA 通道值* ALPHA@DMA2D_xxPFCCR / 255 替换原 ALPHA 通道值另外，某些 STM32 的 DMA2D 提供了 ALPHA 通道值取反、RED 通道与 BLUE 通道互换的功能，具体请根据对应 STM32 的参考手册了解是否支持。具有这种功能的 STM32 能够匹配上面描述的 ABGR 类型。! w/ [; _! v) X4 F4 I/ F 在混合环节，虽然涉及到 ALPHA 通道，但表现为遵循固定的混合公式进行通道混合。在这里不做讨论， + {1 B% @ z. g! {8 L详情请参考对应参考手册的 DMA2D blender 章节。 ' c* r+ R( z; E( ?! A7 j+ v& Q u5 Z( C LTDC 上处理 $ U5 p- K' d9 W! y2 B& P7 ] 像素格式转化环节，并不涉及可配置的 ALPHA 通道处理，这里不做讨论。在混合环节，能够根据不同的混合因子，对各层混合时 ALPHA 通道进行不同的处理，实现不同的效果。各层混合流程如下图，采用自下而上的混合方式。 & i3 t3 s# ~8 p7 h6 `: [ _" E9 p7 V9 p# v, ?$ [; q# T2 w% _7 Y$ _0 a" b . `+ l/ K* o9 h, y# [1 ]! L & t/ z6 z3 \/ [: k; @ 层间混合遵循如下公式： 6 Y" r9 L7 a0 z! Y BC = BF1 x C + BF2 x Cs 2 ]$ v; C# J8 i6 U5 _/ f* ?/ g 其中： BC = 混合颜色+ w- v& P7 X8 n& {! \- r BF1 = 混合因子 1, a2 L C5 r1 Y. P1 x& K6 h C = 当前层颜色2 K. O% @4 F# h0 b BF2 = 混合因子 2 ; W% k7 a- H% ~: W; @ Cs = 下层混合颜色 * |( W% P' g* y/ \/ E) D- ` 涉及到的参数，可以进行如下可选的配置，从而执行不同的层级颜色混合。其中 BF1、BF2 因子决定了对应 ALPHA 通道处理。 , c7 Q5 O# s6 f( f% l% f d4 @, h- k) o3 Y; j, a/ P5 q/ s/ |0 C, N 3 L- Y6 I- c2 i4 P: X 0 s5 ?5 V5 g4 c: r: A 例如：当配置层 2 参数 BF1 = 0b100， BF2= 0b100，CONSTA=0xFF 时，BC = C。显示效果为不论图片中 ALPHA 通道值，只显示对应区域上层 2 的图片，其它层颜色不显示。 6 m* u" `; Z, r' o* C/ v) q8 _4 E1 R" @ a7 G* Z0 n" V 总结0 o4 \7 a" \- |$ o$ v# j 图片的转化显示虽然简单，但由于涉及到不同平台，需要注意匹配性问题。实际实现过程中，需要对各环节有一定程度的了解，从而实现同样的显示效果。需知，上述的 STM32 GUI 方案描述，是针对支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32。同时，为了聚焦于 ALPHA 通道的介绍，仅以图片生成的.c 文件为例，介绍图片显示方案。除此之外，STM32 还提供了其他丰富的 GUI 方案，能够直接支持各种格式的图片，例如.bmp， .png，.jpg 等。4 v3 c' a0 i' p# }1 q ( N' D& A; `) R& ^2 s

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STMCU小助手发布时间：2022-2-18 22:56

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文章简介:	GUI 方案中 ALPHA 通道处理介绍

前言
伴随着 GUI 应用在嵌入式领域比重日益增加，STM32 专门提供了 DMA2D、LTDC 以及 DSI 等外设，能够实现优良的 GUI 解决方案。本文主要围绕 STM32 的 DMA2D 和 LTDC 展开讨论，介绍图片 ALPHA 通道的处理事项。
ALPHA 通道简述
ALPHA 通道是指一张图片的透明和半透明度。不同颜色格式的图片，具备的 ALPHA 通道位数有所区别，本文围绕 8 位的 ALPHA 通道展开介绍。如下图，为 ALPHA 通道的几种实例。其中透明度由ALPHA 通道值决定。

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STM32 图片显示方案介绍
为了更好的阐述 ALPHA 通道的作用及相关处理，先对 STM32 的图片显示进行简单介绍。以支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32 为例，图片的数据流如下图所示（为简化介绍，仅以图片生成像素数据，直接对像素数据进行显示的图片显示方案为例）。

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首先利用 PC 端工具，将图片转为包含像素数据的文件(例如 STemWin 中提供的 bmpCvt.exe 或者bmpCvtST.exe 工具，能够将图片导出为包含像素数据的.c 文件)。编译链接生成烧录文件，烧录时，对应的像素数据保存到 ROM 中。然后利用 DMA2D 实现图片资源的转移，转移到在 RAM 中开辟的显示缓存空间中。最后，LTDC 访问对应的显示缓存空间，实现对 RGB 接口显示屏的内容刷新，从而实现图片的显示。

STM32 ALPHA 通道处理
上述例中，涉及到两种 STM32 内部外设 DMA2D 和 LTDC，内部框架如下图所示。

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从图中可以了解到，ALPHA 通道在 DMA2D 和 LTDC 中都能进行处理。具体在像素格式转化和混合中处理。
下面围绕 ALPHA 通道处理，分环节进行描述。

PC 端处理
ALPHA 通道在电脑端的处理，除了应用效果上的处理外，主要注意图片导出像素信息时，与硬件平台匹配。
例如，bmpCvtST.exe 工具为 32 位真彩色图片，提供了如下两种导出类型。bmpCvtST.exe 是bmpCvt.exe 的 ST 版，能够更好的支持 STM32 平台上图片应用开发。

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具体导出何种类型的图片数据.c 文件，需要根据采用的 STM32 DMA2D 外设支持情况进行确定。将在DMA2D 处理小结进行说明。一般情况下，ARGB 格式与全部支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32 硬件平台匹配。

DMA2D 上处理
如上图，在利用 DMA2D 进行数据的转移、填充等过程中，支持对 ALPHA 通道值的更改。在像素格式转换环节，通过 DMA2D_xxPFCCR 寄存器的配置实现，支持如下三种形式：
1. 保留像素信息原 ALPHA 通道值
2. 利用 ALPHA@DMA2D_xxPFCCR 替换原 ALPHA 通道值
3. 利用原 ALPHA 通道值* ALPHA@DMA2D_xxPFCCR / 255 替换原 ALPHA 通道值另外，某些 STM32 的 DMA2D 提供了 ALPHA 通道值取反、RED 通道与 BLUE 通道互换的功能，具体请根据对应 STM32 的参考手册了解是否支持。具有这种功能的 STM32 能够匹配上面描述的 ABGR 类型。
在混合环节，虽然涉及到 ALPHA 通道，但表现为遵循固定的混合公式进行通道混合。在这里不做讨论，
详情请参考对应参考手册的 DMA2D blender 章节。

LTDC 上处理
像素格式转化环节，并不涉及可配置的 ALPHA 通道处理，这里不做讨论。在混合环节，能够根据不同的混合因子，对各层混合时 ALPHA 通道进行不同的处理，实现不同的效果。各层混合流程如下图，采用自下而上的混合方式。

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层间混合遵循如下公式：
BC = BF1 x C + BF2 x Cs
其中： BC = 混合颜色
            BF1 = 混合因子 1
            C = 当前层颜色
         BF2 = 混合因子 2
         Cs = 下层混合颜色
涉及到的参数，可以进行如下可选的配置，从而执行不同的层级颜色混合。其中 BF1、BF2 因子决定了对应 ALPHA 通道处理。

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例如：当配置层 2 参数 BF1 = 0b100， BF2= 0b100，CONSTA=0xFF 时，BC = C。显示效果为不论图片中 ALPHA 通道值，只显示对应区域上层 2 的图片，其它层颜色不显示。

总结
图片的转化显示虽然简单，但由于涉及到不同平台，需要注意匹配性问题。实际实现过程中，需要对各环节有一定程度的了解，从而实现同样的显示效果。需知，上述的 STM32 GUI 方案描述，是针对支持 DMA2D 和 LTDC 的 STM32。同时，为了聚焦于 ALPHA 通道的介绍，仅以图片生成的.c 文件为例，介绍图片显示方案。除此之外，STM32 还提供了其他丰富的 GUI 方案，能够直接支持各种格式的图片，例如.bmp， .png，.jpg 等。