本帖最后由 怀揣少年梦 于 2024-5-13 12:37 编辑
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本文章主要是记录一下优化LCD刷新率的过程。
一般情况，嵌入式工程师大部分使用的是LCD屏，其中LCD也分好几种，就拿常用的LCD_TFT来说，与普通液晶显示器相比，TFT LCD能提供非常清晰的图像/文字，响应时间更短，非常省电、高亮度也做得非常不错，那么本次测试将使用这个屏幕，进行刷新率的优化。我将通过三种方法，优化刷新率。
一、硬件
1、NUCLEO-L4R5 DEMO板
2、2.5寸 TFT-LCD 显示屏（ILI9341驱动芯片）模块3、8根杜邦线（主要用于与LCD屏连接）
4、Type-A的USB线
二、LCD屏模块显示图像原理
TFT-LCD内部驱动原理主要是使用FET场效应管产生驱动电压，进而使得点亮像素点。e而TFT-LCD显示屏一共包含有240*320的像素点，而每个像素有红绿蓝3个子像素点，混合这3种颜色即可显示各种颜色。只需要像素点亮起来就会显示相应的图案和颜色。并且显示屏模块内部已集成DDRAM，也就是显存。如图，要使LCD显示内容，只需要通过SPI把显示的内容放到这个显存就可以了。
因此优化SPI传输数据的速率就可以优化LCD的刷新率。
三、驱动编写
对于这部分的驱动，商家已经提供了DEMO，并且网上也有很多大佬出了很多教程，那么就直接移植相关代码即可。
驱动部分代码如下：
/* @attention
*
* THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS
* WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE
* TIME. AS A RESULT, QD electronic SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY
* DIRECT, INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING
* FROM THE CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE
* CODING INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.
**************************************************************************************************/
#include "lcd.h"
#include "spi.h"
#include <stdio.h>
#
//管理LCD重要参数
//默认为竖屏
_lcd_dev lcddev;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_tx;
//画笔颜色,背景颜色
uint16_t POINT_COLOR = 0x0000,BACK_COLOR = 0xFFFF;
uint16_t DeviceCode;
uint8_t LCD_SPI_WriteByte(uint8_t TxData) {
uint8_t RxData = 0X00;
if(HAL_SPI_TransmitReceive(LCD_SPI_Handle, &TxData, &RxData, 1, 100) != HAL_OK)
{
RxData = 0XFF;
}
return RxData;
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_WR_REG(uint8_t data)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write an 8-bit command to the LCD screen
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :data:Command value to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WR_REG(uint8_t data)
{
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_CLR;
LCD_SPI_WriteByte(data);
LCD_CS_SET;
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_WR_DATA(uint8_t data)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write an 8-bit data to the LCD screen
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :data:data value to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WR_DATA(uint8_t data)
{
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_SET;
LCD_SPI_WriteByte(data);
LCD_CS_SET;
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_WriteReg(uint8_t LCD_Reg, uint16_t LCD_RegValue)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write data into registers
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :LCD_Reg:Register address
LCD_RegValue:Data to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WriteReg(uint8_t LCD_Reg, uint16_t LCD_RegValue)
{
LCD_WR_REG(LCD_Reg);
LCD_WR_DATA(LCD_RegValue);
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_WriteRAM_Prepare(void)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write GRAM
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :None
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WriteRAM_Prepare(void)
{
LCD_WR_REG(lcddev.wramcmd);
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void Lcd_WriteData_16Bit(uint16_t Data)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write an 16-bit command to the LCD screen
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :Data:Data to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void Lcd_WriteData_16Bit(uint16_t Data)
{
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_SET;
LCD_SPI_WriteByte(Data>>8);
LCD_SPI_WriteByte(Data);
LCD_CS_SET;
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_DrawPoint(uint16_t x,uint16_t y)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Write a pixel data at a specified location
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :x:the x coordinate of the pixel
y:the y coordinate of the pixel
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_DrawPoint(uint16_t x,uint16_t y)
{
LCD_SetCursor(x,y);//设置光标位置
Lcd_WriteData_16Bit(POINT_COLOR);
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_Clear(uint16_t Color)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Full screen filled LCD screen
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :color:Filled color
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_Clear(uint16_t Color)
{
unsigned int i,m;
LCD_SetWindows(0,0,lcddev.width-1,lcddev.height-1);
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_SET;
for(i=0;i<lcddev.height;i++)
{
for(m=0;m<lcddev.width;m++)
{
Lcd_WriteData_16Bit(Color);
}
}
LCD_CS_SET;
}
/*****************************************************************************
* [url=home.php?mod=space&uid=139335]@name[/url] :void LCD_RESET(void)
* [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] :2018-08-09
* [url=home.php?mod=space&uid=42490]@function[/url] :Reset LCD screen
* [url=home.php?mod=space&uid=2814924]@parameters[/url] :None
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_RESET(void)
{
LCD_RST_CLR;
HAL_Delay(100);
LCD_RST_SET;
HAL_Delay(50);
}
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_RESET(void)
* @date :2018-08-09
* @function :Initialization LCD screen
* @parameters :None
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_Init(void)
{
LCD_RESET(); //LCD 复位
//*************3.2inch ILI9341初始化**********//
LCD_WR_REG(0xCF);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0xD9); //C1
LCD_WR_DATA(0X30);
LCD_WR_REG(0xED);
LCD_WR_DATA(0x64);
LCD_WR_DATA(0x03);
LCD_WR_DATA(0X12);
LCD_WR_DATA(0X81);
LCD_WR_REG(0xE8);
LCD_WR_DATA(0x85);
LCD_WR_DATA(0x10);
LCD_WR_DATA(0x7A);
LCD_WR_REG(0xCB);
LCD_WR_DATA(0x39);
LCD_WR_DATA(0x2C);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x34);
LCD_WR_DATA(0x02);
LCD_WR_REG(0xF7);
LCD_WR_DATA(0x20);
LCD_WR_REG(0xEA);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_REG(0xC0); //Power control
LCD_WR_DATA(0x1B); //VRH[5:0]
LCD_WR_REG(0xC1); //P0
LCD_WR_DATA(0x12); //SAP[2:0];BT[3:0] //0x01
LCD_WR_REG(0xC5); //VCM control
LCD_WR_DATA(0x26); //3F
LCD_WR_DATA(0x26); //3C
LCD_WR_REG(0xC7); //VCM control2
LCD_WR_DATA(0XB0);
LCD_WR_REG(0x36); // Memory Access Control
LCD_WR_DATA(0x08);
LCD_WR_REG(0x3A);
LCD_WR_DATA(0x55);
LCD_WR_REG(0xB1);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x1A);
LCD_WR_REG(0xB6); // Display Function Control
LCD_WR_DATA(0x0A);
LCD_WR_DATA(0xA2);
LCD_WR_REG(0xF2); // 3Gamma Function Disable
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_REG(0x26); //Gamma curve selected
LCD_WR_DATA(0x01);
LCD_WR_REG(0xE0); //Set Gamma
LCD_WR_DATA(0x1F);
LCD_WR_DATA(0x24);
LCD_WR_DATA(0x24);
LCD_WR_DATA(0x0D);
LCD_WR_DATA(0x12);
LCD_WR_DATA(0x09);
LCD_WR_DATA(0x52);
LCD_WR_DATA(0xB7);
LCD_WR_DATA(0x3F);
LCD_WR_DATA(0x0C);
LCD_WR_DATA(0x15);
LCD_WR_DATA(0x06);
LCD_WR_DATA(0x0E);
LCD_WR_DATA(0x08);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_REG(0XE1); //Set Gamma
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x1B);
LCD_WR_DATA(0x1B);
LCD_WR_DATA(0x02);
LCD_WR_DATA(0x0E);
LCD_WR_DATA(0x06);
LCD_WR_DATA(0x2E);
LCD_WR_DATA(0x48);
LCD_WR_DATA(0x3F);
LCD_WR_DATA(0x03);
LCD_WR_DATA(0x0A);
LCD_WR_DATA(0x09);
LCD_WR_DATA(0x31);
LCD_WR_DATA(0x37);
LCD_WR_DATA(0x1F);
LCD_WR_REG(0x2B);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x01);
LCD_WR_DATA(0x3f);
LCD_WR_REG(0x2A);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0x00);
LCD_WR_DATA(0xef);
LCD_WR_REG(0x11); //Exit Sleep
HAL_Delay(120);
LCD_WR_REG(0x29); //display on
LCD_direction(USE_HORIZONTAL);//设置LCD显示方向
LCD_BL_ON;//点亮背光
LCD_Clear(GREEN);//清全屏白色
}
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_SetWindows(uint16_t xStar, uint16_t yStar,uint16_t xEnd,uint16_t yEnd)
* @date :2018-08-09
* @function :Setting LCD display window
* @parameters :xStar:the bebinning x coordinate of the LCD display window
yStar:the bebinning y coordinate of the LCD display window
xEnd:the endning x coordinate of the LCD display window
yEnd:the endning y coordinate of the LCD display window
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_SetWindows(uint16_t xStar, uint16_t yStar,uint16_t xEnd,uint16_t yEnd)
{
LCD_WR_REG(lcddev.setxcmd);
LCD_WR_DATA(xStar>>8);
LCD_WR_DATA(0x00FF&xStar);
LCD_WR_DATA(xEnd>>8);
LCD_WR_DATA(0x00FF&xEnd);
LCD_WR_REG(lcddev.setycmd);
LCD_WR_DATA(yStar>>8);
LCD_WR_DATA(0x00FF&yStar);
LCD_WR_DATA(yEnd>>8);
LCD_WR_DATA(0x00FF&yEnd);
LCD_WriteRAM_Prepare(); //开始写入GRAM
}
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_SetCursor(uint16_t Xpos, uint16_t Ypos)
* @date :2018-08-09
* @function :Set coordinate value
* @parameters :Xpos:the x coordinate of the pixel
Ypos:the y coordinate of the pixel
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_SetCursor(uint16_t Xpos, uint16_t Ypos)
{
LCD_SetWindows(Xpos,Ypos,Xpos,Ypos);
}
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_direction(uint8_t direction)
* @date :2018-08-09
* @function :Setting the display direction of LCD screen
* @parameters :direction:0-0 degree
1-90 degree
2-180 degree
3-270 degree
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_direction(uint8_t direction)
{
lcddev.setxcmd=0x2A;
lcddev.setycmd=0x2B;
lcddev.wramcmd=0x2C;
switch(direction){
case 0:
lcddev.width=LCD_W;
lcddev.height=LCD_H;
LCD_WriteReg(0x36,(1<<3)|(0<<6)|(0<<7));//BGR==1,MY==0,MX==0,MV==0
break;
case 1:
lcddev.width=LCD_H;
lcddev.height=LCD_W;
LCD_WriteReg(0x36,(1<<3)|(0<<7)|(1<<6)|(1<<5));//BGR==1,MY==1,MX==0,MV==1
break;
case 2:
lcddev.width=LCD_W;
lcddev.height=LCD_H;
LCD_WriteReg(0x36,(1<<3)|(1<<6)|(1<<7));//BGR==1,MY==0,MX==0,MV==0
break;
case 3:
lcddev.width=LCD_H;
lcddev.height=LCD_W;
LCD_WriteReg(0x36,(1<<3)|(1<<7)|(1<<5));//BGR==1,MY==1,MX==0,MV==1
break;
default:break;
}
}
void SPI_DMATransmitCplt(DMA_HandleTypeDef *hdma) {
// if (hdma == hdma_spi1_tx) {
LCD_CS_SET;
LCD_RS_SET;
// }
}
四、如何优化SPI的传输速率
一般情况下，直接提升SPI传输速率的方法是，提高SPI的工作频率。在数据手册中，也没有看到最大工作频率；那么就只能看MCU支持多大的工作频率；
除了以上方法，还有以下几种方法：
——SPI传输使用DMA方式；
——提高IDE的优化等级；
——使用RAM存储LCD显示数据。
下面就实测以上几种方法的刷新率；
1、先来看看正常配置后的刷新率；2s一张图；如下视频
2、设置编译器优化等级；刷新率快了一点；1s一张图；如下
等级优化设置：
3、设置SPI为DMA传输；也是2s一张图；1s一张图，如下视频
LCD_CS_CLR;
HAL_SPI_Transmit_DMA(LCD_SPI_Handle, &TxData, 1);
while((HAL_SPI_GetState(&hspi1)) != HAL_SPI_STATE_READY);
LCD_CS_SET;
5、把SPI的数据缓存放在RAM中；使用DMA传输；刷新率大幅提高；见如下视频；
具体操作如下：
/* 在STM32L4R5ZITX_RAM.ld 中声明一个段，这个段在RAM中；*/
/*add user section*/
.lcdbuffer :
{
. = ALIGN(4);
. = ALIGN(4);
} >RAM
/* 最后在头文件中设置LCD显示数据数组在声明的段中*/
__attribute__((section(".lcdbuffer"))) unsigned short LCD_BUFFER[320][240] ;
编译后可以看到LCD_BUFFER运行地址是在RAM中；
此前DMA是传输一个字节，传输大量数据就会重复进行传输过程。
而直接使用RAM中的缓存，则可以把数据通过DMA把半屏数据传输到LCD的DDRAM中。
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