簡 介

HPM6700/6400系列 MCU來自上海先楫半導體科技有限公司的高性能實時RISC-V微控制器，為工業(yè)自動化及邊緣計算應用提供了極大的算力、高效的控制能力及豐富的多媒體功能。HPM6700/6400自帶的顯示控制系統(tǒng)，包括LCD控制器及2D圖形加速單元，性能也非常強悍，可以輕松驅(qū)動1366x768高分辨率的LCD屏，且可達到60fps的高刷新幀率。

本文主要介紹了HPM6700/6400的顯示控制系統(tǒng)，包括LCD控制器和2D圖形加速單元，并使用LVGL圖形庫開發(fā)的應用示例，方便開發(fā)者快速開發(fā)。

LCD 控制器 (LCDC)

HPM6700/6400系列的圖形顯示接口 LCDC 支持連接多種不同種類，不同分辨率的 LCD（TFT） 顯示屏。LCDC 支持 24 位并行數(shù)據(jù)線，支持時鐘信號 PCLK，支持 HSYNC 和 VSYNC 同步信號。LCDC 可以作為總線主設備讀取片上和片外的存儲器的圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送到外部顯示屏上。LCDC 的特性如下：

支持多達 24 位 RGB 顯示接口；

內(nèi)置 DMA，作為總線主設備讀取顯存數(shù)據(jù)；

支持可配置的分辨率顯示屏，刷新率可達 1366x768, 60 fps；

支持多種數(shù)據(jù)格式輸入 ARGB8888，RGB565，YUV422/YCbCr422，Y8，1bpp，2bpp，4bpp 和 8bpp；

支持多達8 個圖層 Alpha Blending（混合疊加），其中 2 個主圖層支持逐行 YUV422/YCbCr422；

支持最大 pixclk 為 85MHz 。

LCDC 功能框圖

2D 圖形加速單元 (PDMA)

本產(chǎn)品支持 1 個 2D 圖形加速單元 PDMA。PDMA 支持處理逐行圖像數(shù)據(jù)，支持按像素處理多種尺寸，多種顏色格式的圖形；

支持同時取2個圖層的數(shù)據(jù)，每個圖層獨立啟用控制；

支持圖像格式轉(zhuǎn)換，包括ARGB8888,RGB565,YUV422H1P 圖像轉(zhuǎn)換；

支持圖像0°/90°/180°/270°旋轉(zhuǎn)；

支持水平、垂直的翻轉(zhuǎn)；

支持圖像縮放，X/Y拉伸、壓縮；

支持圖像截圖。

PDMA功能框圖

LVGL 應用開發(fā)

1. LVGL 介紹

LVGL(輕巧而多功能的圖形庫)是一個免費的開放源代碼圖形庫，它提供創(chuàng)建具有易于使用的圖形元素，精美的視覺效果和低內(nèi)存占用的嵌入式GUI所需的一切。

主要特性：

功能強大的構建塊，例如按鈕，圖表，列表，滑塊，圖像等；

帶有動畫，抗鋸齒，不透明，平滑滾動的高級圖形各種輸入設備，例如觸摸板，鼠標，鍵盤，編碼器等；

支持UTF-8編碼的多語言；

多顯示器支持，如TFT，單色顯示器；

完全可定制的圖形元素；

獨立于任何微控制器或顯示器使用的硬件；

可擴展以使用很少的內(nèi)存(64 KB閃存，16 KB RAM)進行操作；

操作系統(tǒng)，支持外部存儲器和GPU，但不是必需的；

單幀緩沖區(qū)操作，即使具有高級圖形效果；

用C語言編寫，以實現(xiàn)最大的兼容性(與C ++兼容)；

模擬器可在沒有嵌入式硬件的PC上進行嵌入式GUI設計。

可移植到MicroPython；

可快速上手的教程、示例、主題；

豐富的文檔教程；

在MIT許可下免費和開源。

2. LVGL移植適配

官方已經(jīng)移植和適配好了LVGL，代碼結構如下：

?./lvgl庫本身

?./lv_drivers顯示和輸入設備驅(qū)動程序

?./lv_examples示例和演示

?Lvgl官方網(wǎng)站(https://docs.lvgl.io)

?Lvgl官方博客站點(https://blog.lvgl.io)

?Sim在線模擬器網(wǎng)站(https://sim.lvgl.io)

?lv_sim_... 適用于各種IDE和平臺的模擬器項目

?lv_port_... 移植到其他開發(fā)板

?lv_binding_... 綁定到其他語言

?lv _… 移植到其他平臺

其中，lvgl，lv_examples和lv_drivers是最受維護、關注的核心存儲庫。

lv_drivers顯示接口：

要設置顯示，必須初始化 lv_disp_draw_buf_t 和 lv_disp_drv_t 變量。

lv_disp_draw_buf_t 保存顯示緩沖區(qū)信息的結構體

lv_disp_drv_t HAL要注冊的顯示驅(qū)動程序、與顯示交互并處理與圖形相關的結構體、回調(diào)函數(shù)。

顯示緩沖器：

關于緩沖區(qū)大小，有 3 種情況：

（1）一個緩沖區(qū)：LVGL將屏幕的內(nèi)保存到緩沖區(qū)中并將其發(fā)送到顯示器。緩沖區(qū)可以小于屏幕。在這種情況下，較大的區(qū)域?qū)⒈恢禺嫵啥鄠€部分。如果只有很小的區(qū)域發(fā)生變化(例如按下按鈕)，則只會刷新該部分的區(qū)域。

（2）兩個非屏幕大小的緩沖區(qū)：具有兩個緩沖區(qū)的 LVGL 可以將其中一個作為顯示緩沖區(qū)，而另一緩沖區(qū)的內(nèi)容發(fā)送到后臺顯示。應該使用 DMA 或其他硬件將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器，以讓CPU同時繪圖。這樣，渲染和刷新并行處理。與一個緩沖區(qū)的情況類似，如果緩沖區(qū)小于要刷新的區(qū)域，LVGL將按塊繪制顯示內(nèi)容

（3）兩個屏幕大小的緩沖區(qū)：與兩個非屏幕大小的緩沖區(qū)相反，LVGL將始終提供整個屏幕的內(nèi)容，而不僅僅是塊。這樣，驅(qū)動程序可以簡單地將幀緩沖區(qū)的地址更改為從 LVGL 接收的緩沖區(qū)。因此，當MCU具有 LCD/TFT 接口且?guī)彌_區(qū)只是 RAM 中的一個位置時，這種方法的效果很好。

顯示驅(qū)動器:

一旦緩沖區(qū)初始化準備就緒，就需要初始化顯示驅(qū)動程序。

lv_disp_drv_t的初始化，需要使用 lv_disp_drv_init(＆disp_drv) 進行初始化。最后，要為 LVGL 注冊顯示設備，需要調(diào)用lv_disp_drv_register(＆disp_drv)。

在最簡單的情況下，僅需要設置 lv_disp_drv_t 的以下兩個字段：

?draw_buf 指向已初始化的 lv_disp_buf_t 變量的指針。

?flush_cb 回調(diào)函數(shù)，用于將緩沖區(qū)的內(nèi)容復制到顯示的特定區(qū)域。刷新準備就緒后，需要調(diào)用lv_disp_flush_ready()。LVGL可能會以多個塊呈現(xiàn)屏幕，因此多次調(diào)用flush_cb。使用 lv_disp_flush_is_last() 可以查看哪塊是最后渲染的。

其中，有一些可選的數(shù)據(jù)字段：

?hor_res 顯示器的水平分辨率。(默認為 lv_conf.h 中的 LV_HOR_RES_MAX )

?ver_res 顯示器的垂直分辨率。(默認為 lv_conf.h 中的 LV_VER_RES_MAX )

?color_chroma_key 色彩鍵控支持透明色。(默認為 lv_conf.h 中的 LV_COLOR_TRANSP )

?user_data 驅(qū)動程序的自定義用戶數(shù)據(jù)?？梢栽?lv_conf.h 中修改其類型。

?anti-aliasing 使用抗鋸齒(anti-aliasing)(邊緣平滑)。缺省情況下默認為 lv_conf.h 中的 LV_ANTIALIAS 。

?rotated 如果 1 交換 hor_res 和 ver_res 。兩種情況下 LVGL 的繪制方向相同(從上到下的線條)，因此還需要重新配置驅(qū)動程序以更改顯示器的填充方向。

?screen_transp 如果為 1 ，則屏幕可以具有透明或不透明的樣式。需要在 lv_conf.h 中啟用 LV_COLOR_SCREEN_TRANSP 。

要使用GPU，可以使用以下回調(diào)：

?gpu_fill_cb 用顏色填充內(nèi)存中的區(qū)域。

?gpu_blend_cb 使用不透明度混合兩個內(nèi)存緩沖區(qū)。

?gpu_wait_cb 如果在 GPU 仍在運行 LVGL 的情況下返回了任何 GPU 函數(shù)，則在需要確保GPU渲染就緒時將使用此函數(shù)。

其他一些可選的回調(diào)，使單色、灰度或其他非標準RGB顯示一起使用時更輕松、優(yōu)化：

?rounder_cb 四舍五入要重繪的區(qū)域的坐標。例如。2x2像素可以轉(zhuǎn)換為2x8。如果顯示控制器只能刷新特定高度或?qū)挾鹊膮^(qū)域(對于單色顯示器，通常為8 px高)，則可以使用它。

?set_px_cb 編寫顯示緩沖區(qū)的自定義函數(shù)。如果顯示器具有特殊的顏色格式，則可用于更緊湊地存儲像素。(例如1位單色，2位灰度等)。這樣，lv_disp_buf_t中使用的緩沖區(qū)可以較小，以僅保留給定區(qū)域大小所需的位數(shù)。set_px_cb不能與兩個屏幕大小的緩沖區(qū)一起顯示緩沖區(qū)配置。

?monitor_cb 回調(diào)函數(shù)告訴在多少時間內(nèi)刷新了多少像素。

?clean_dcache_cb清除與顯示相關的所有緩存的回調(diào)

lv_drivers顯示接口：

要設置輸入設備，必須初始化 lv_indev_drv_t 變量，類型(indev_drv.type)可以是：

?LV_INDEV_TYPE_POINTER觸摸板或鼠標

?LV_INDEV_TYPE_KEYPAD鍵盤或小鍵盤

?LV_INDEV_TYPE_ENCODER帶有左，右，推動選項的編碼器

?LV_INDEV_TYPE_BUTTON外部按鈕按下屏幕

3. 應用開發(fā)

LVGL圖形庫功能控件有很多，這里不在詳細介紹，詳細API介紹查閱LVGL官網(wǎng)。

LVGL主要控件功能有：

使用 lvgl 圖形庫之前，我們還必須初始化 lvgl 以及相關其他組件。初始化的順序為：

?調(diào)用 lv_init() 初始化 lvgl 庫;

?初始化驅(qū)動程序；

?在 LVGL 中注冊顯示和輸入設備驅(qū)動程序；

?在中斷中每隔 x毫秒調(diào)用 lv_tick_inc(x)用以告知 lvgl 經(jīng)過的時間；

?每隔 x毫秒定期調(diào)用 lv_task_handler()用以處理與 lvgl 相關的任務。

SquareLine_Studio設計器：

（1）創(chuàng)建項目

（2）控件布局設計

（3）代碼生成

（4）代碼適配工程

（5）添加事件響應代碼

運行效果：

性能測試：

fps幀率：每秒鐘LCD圖形刷新的幀數(shù)；

LVGL會通過內(nèi)部的tick，定時去刷屏幕；

10即1000ms/10ms=100FPS；

這個宏定義限定了LVGL刷屏幀率的上限，設定滿幀100幀；

使用全尺寸雙buffer。

實測結果：

總 結

本文介紹了 HPM6700/6400 LCD 控制器和2D圖形加速單元模塊，同時介紹了 LVGL 圖形界面庫功能及移植適配要點，并基于 LVGL 圖形界面庫開發(fā)驅(qū)動點亮LCD屏的應用示例。根據(jù)實測結果，LCD 幀率可達到60fps。官方 HPM-SDK 已將LVGL圖形庫移植適配完成，也提供了基于 LVGL 的demo示例，用戶可以非常便捷的使用HPM6700/6400 SDK 來完成LCD相關的應用開發(fā)。