1. 引言
, r- a; b9 u4 N4 D4 W7 g移动、工业和消费应用的发展使得对图形用户界面（GUI）的需求更强，并且所需硬件资源也有所增加。这些应用需要更高质量的图形、更多的硬件和软件资源以及更高的处理性能。为了应对这些要求，STM32 MCU 提供了丰富的图形产品组合。由于采用了嵌入式LCD-TFT 显示控制器（LTDC），STM32 MCU 可以直接驱动高分辨率显示面板，无需任何 CPU 干预。
对于使用 LTDC 来开发图形应用的案例，客户经常有以下问题：STM32 MCU 的LTDC 最大支持的屏幕分辨率是多少？STM32F4 或者 F7 能支持 1280×720 的屏幕分辨率，达到 60Hz 的刷新率吗？SDRAM 的位宽如何选取性价比最高，是选择 16 位还是 32位? 如何判断当前的设计应用产生了 SDRAM 带宽不足问题？针对这些问题，本文档从问题产生的原理、LTDC 控制器的组成出发，介绍了 STM32 GUI LTDC 最大像素时钟评估的方法，通过最大像素时钟间接可以判断支持的最大屏幕分辨率。
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9 Y- f8 {$ i- \: }+ m5 g, n, c2. 带宽不足产生的 FIFO underrun
' N( {; ~' K6 l0 C+ x1 t4 r; D9 J对于使用 LTDC 控制器的 GUI 应用，如果参数设置不合理，可能会出现显示屏幕抖动的问题，这个问题有时就是由于带宽不足导致的 LTDC FIFO underrun 现象。例如，对于同样的硬件配置，使用的是 STM32H750DK 开发板，帧缓冲存放在外部 SDRAM， SDRAM 是 16 位，显示屏是 1024×600 分辨率，帧缓冲的颜色格式分别设置为 RGB565和 RGB888，颜色格式为 16bpp（RGB565）的配置视频流畅，而颜色格式为 24bpp 的配置视频出现明显抖动，有花屏，如图 1、图 2 所示。这就是由于 SDRAM 带宽不足，产生了 LTDC FIFO underrun 的现象。
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3. LTDC 控制器
3.1. LTDC FIFO underrun 产生的机理
( G' Q3 R) C. {. E; V要了解 LTDC FIFO underrun 产生的机理，首先介绍下 LCD-TFT 显示控制器（简称LTDC）。如图 3 所示，LTDC 是 AHB 架构上的主设备，可以对内部和外部存储器进行读访问。LTDC 有两个独立的层，层 1 和层 2，每层都有自己的 FIFO，从而使显示更加灵活。LTDC 控制器以 AHB 总线速度自动从帧缓冲区提取图形数据，然后将图形数据存储在其中一个 FIFO 内部层中，随后驱动到显示器。该系统架构使图形可以在没有任何 CPU 介入的情况下构建并绘制到屏幕上。LTDC 从帧缓冲区中检索属于图像的数据，而 DMA2D则准备下一张图像。LTDC 的功能是在每个像素时钟上升沿或时钟下降沿，并在屏幕有效区域内，LTDC 层从其 FIFO 中检索一个像素数据，将其转换为内部 ARGB8888 像素格式，并将其与背景和/或其他图层像素颜色进行混合。得到的像素以 RGB888 格式编码，通过抖动单元并被驱动到 RGB 接口中，像素便会显示到屏幕上。当 FIFO 为空时，如果发生请求像素的情况，就会产生 FIFO underrun。
& g4 O4 B, R; U; {4 z* aLCD-TFT 控制器外设使用 3 个时钟域：AHB 时钟域（HCLK），用来将数据从存储器传输到 FIFO 层。 APB 时钟域（PCLK），用来访问配置和状态寄存器。像素时钟域（LCD_CLK），用来生成 LCD-TFT 接口信号。
5 ?! P& |2 Z7 K6 ~/ f可以看出，在像素时钟比较高的情况下，由于 LTDC 没有及时从帧缓冲区提取图形数据，导致 FIFO 里边空了，如果发生请求像素的情况，就产生了 FIFO underrun。在正常的 GUI 开发中，我们应该避免 FIFO underrun 的产生，从而保证视频显示的流畅。


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