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[STM32L4]

基于STM32L4R5 LCD刷新率优化

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怀揣少年梦|  楼主 | 2024-5-9 13:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 怀揣少年梦 于 2024-5-13 12:37 编辑

申请原创;申请原创;申请原创;@21ic小跑堂 @21ic小跑堂 @21ic小跑堂
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。
DDRAM.png
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;
SPI.png
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
DMA0.gif
2、设置编译器优化等级;刷新率快了一点;1s一张图;如下
DMA1.gif
等级优化设置:
等级优化.png

3、设置SPI为DMA传输;也是2s一张图;1s一张图,如下视频
0.gif
    LCD_CS_CLR;
    HAL_SPI_Transmit_DMA(LCD_SPI_Handle, &TxData, 1);
    while((HAL_SPI_GetState(&hspi1)) != HAL_SPI_STATE_READY);
    LCD_CS_SET;
4、设置SPI为DMA传输,并且优化等级为fast;没有什么变化;2s一张图,如下视频
1.gif
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;
4l.gif

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;
段设置.png
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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21小跑堂 打赏了 50.00 元 2024-05-30
理由:恭喜通过原创审核!期待您更多的原创作品~

评论
怀揣少年梦 2024-5-30 22:36 回复TA
@21小跑堂 :点赞;DMA只适用于大量数据搬运比较有效果;仅仅用于SPI对刷新率没有益处 
21小跑堂 2024-5-30 15:04 回复TA
使用多种方法优化LCD刷新速率,找出合适的方法,二姨认为,SPI使用DMA无法优化刷新率是很正常的,SPI的传输速率相对于DMA的搬运速度来说差距很大,即使DMA能够很快的将数据搬运到SPI的发送寄存器,但是SPI的发送速率摆在那里,并不能有效的体现刷新率的优化。但是DMA可以节省出MCU搬运数据的时间,这个时间太过于短暂,导致实际效果无感。 
丙丁先生| | 2024-6-2 11:52 | 显示全部楼层

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xuanhuanzi| | 2024-6-9 18:35 | 显示全部楼层
这部分空间最大多少?

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评论回复
怀揣少年梦|  楼主 | 2024-6-11 08:50 | 显示全部楼层
xuanhuanzi 发表于 2024-6-9 18:35
这部分空间最大多少?

空间最大是指什么

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laocuo1142| | 2024-6-12 08:04 | 显示全部楼层
主频够快的话,IO模拟反而感觉比硬件SPI要更快

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daichaodai| | 2024-6-12 08:40 | 显示全部楼层
OLED才更省电吧

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怀揣少年梦|  楼主 | 2024-6-15 08:37 | 显示全部楼层
laocuo1142 发表于 2024-6-12 08:04
主频够快的话,IO模拟反而感觉比硬件SPI要更快

大佬

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怀揣少年梦|  楼主 | 2024-6-15 08:38 | 显示全部楼层

OLED成本高一点

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EmmaTT| | 2024-6-18 21:41 | 显示全部楼层
这个性能怎么样啊

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