引言隨著TFT彩色液晶技術(shù)不斷發(fā)展成熟以及人們對(duì)人機(jī)界面感官性需求的不斷提高，越來(lái)越多的產(chǎn)品選用帶觸摸的TFT彩屏作為人機(jī)界面。本文針對(duì)RA8875的性能，提出了一種折中的解決方法。1 RA8875特性分析RA8875[1]是瑞佑公司推出的256/64K色TFTLCD控制器，最大支持800×480分辨率。RA8875的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖略——編者注。在本設(shè)計(jì)中，主要涉及到RA8875的以下功能：① 480×272以下分辨率支持雙圖層，特別地，支持圖層1的通透模顯示，即設(shè)置好圖層1（Layer1）的透明色(BGTR Color)后，將其疊加在圖層2（Layer2）上，Layer1中原本顯示透明色的部分將不再顯示。其顯示效果如圖1所示。② 通過(guò)連續(xù)/區(qū)塊數(shù)據(jù)模式的DMA功能可將SPIFlash中的數(shù)據(jù)快速搬移到RA8875顯存中顯示。③ 可以直接訪問(wèn)指定型號(hào)的外掛字庫(kù)，顯示16×16、24×24、32×32點(diǎn)陣文字，支持帶底色及通透兩種文本顯示模式。④ 內(nèi)建了直線、矩形、圓角矩形、橢圓的加速繪制引擎。以橢圓的繪制為例，在指定了橢圓的中心點(diǎn)、長(zhǎng)短軸、顏色后開(kāi)啟繪制，RA8875會(huì)自動(dòng)按所指定參數(shù)繪出橢圓。圖2為RA8875用戶手冊(cè)[1]中給出的程序流程圖。其中[65hA8h]等均為RA8875中相應(yīng)的寄存器。圖1 圖層疊加的顯示效果圖圖2 繪制橢圓的程序流程⑤ RA8875帶有一組10位ADC及其控制模塊，可用于控制4線電阻式觸摸屏。使用RA8875觸摸控制器的手動(dòng)模式并配合中值平均濾波法濾波及三點(diǎn)校準(zhǔn)[2]后，能實(shí)現(xiàn)觸摸屏和TFT屏坐標(biāo)重合，其誤差值在10個(gè)像素點(diǎn)內(nèi)，符合設(shè)計(jì)需求。⑥ 帶有2組脈沖寬度調(diào)制（PWM1、PWM2），可方便用于LCD背光調(diào)節(jié)。⑦ 帶1個(gè)GPOX，可方便用于輸出高/低電平。2 系統(tǒng)組成如圖3所示，本系統(tǒng)由兩部分組成,分別為PC端的人機(jī)界面編輯軟件和應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面。圖3 系統(tǒng)組成圖2.1 PC端的人機(jī)界面編輯軟件PC端的人機(jī)界面編輯軟件包含兩部分：界面編輯、界面編譯。其中界面編輯（生成*.opt工程文件）用于設(shè)計(jì)者根據(jù)人機(jī)界面功能添加/編輯各個(gè)顯示頁(yè)面及其中所包含的顯示元素，例如圖片、文本、幾何圖形。特別地，允許設(shè)置正常圖像與按下圖像，這主要是為了在人機(jī)界面中使用圖片作為觸摸按鍵時(shí)能更美觀、及時(shí)地反映按鍵彈起/按下的狀態(tài)。界面編譯部分對(duì)工程文件（*.otp）進(jìn)行整合打包，根據(jù)接口協(xié)議編譯生成資源文件（*.otpbin）。2.2 應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面如圖3所示，應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面主要由7部分組成：RA8875、MCU、SPIFlash、字庫(kù)、TFT數(shù)字屏、背光驅(qū)動(dòng)、4線電阻觸摸屏。圖4為RA8875與各部件連接的電路圖。圖4 RA8875的電路框圖① 雖然RA8875可以支持8位或16位的8080/6800系列數(shù)據(jù)總線接口以及I2C總線或3/4線的SPI串行接口，但是其BTE引擎功能僅對(duì)并行MCU接口開(kāi)放[1]，同時(shí)RA8875內(nèi)部均為8位寄存器，所以本設(shè)計(jì)采用了STM32F103VCT6[3]的8位 FSMC功能來(lái)控制。② RA8875雖能以DMA方式快速顯示預(yù)存在SPIFlash里的圖像數(shù)據(jù)，但卻存在不能寫(xiě)Flash的缺陷，必須將圖像取模數(shù)據(jù)預(yù)先保存在SPIFlash中，以留待RA8875訪問(wèn)。在軟件調(diào)試階段，可考慮將MCU的串口引出，通過(guò)MCU的SPI口訪問(wèn)SPIFlash，將*.otpbin文件下載至SPIFlash中。在本設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)中采用了存儲(chǔ)容量為128 Mb的SPIFlash[4]保存資源文件（*.otpbin）及其他一些需要掉電保存的包括觸屏校準(zhǔn)信息在內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。MCU、RA8875共用一組4線SPI總線訪問(wèn)該SPIFlash。為了避免因MCU未完全釋放SPI總線而導(dǎo)致RA8875不能正常讀取圖像數(shù)據(jù)的干擾問(wèn)題，當(dāng)RA8875需要訪問(wèn)SPI總線時(shí)，MCU需要執(zhí)行圖5所示的程序流程。圖5 MCU流程圖③ RA8875支持5種集通字庫(kù)芯片[1]，在本設(shè)計(jì)中采用了GT23L32S4W[5]。兩者搭配使用支持15×16、24×24、32×32點(diǎn)陣GB2312標(biāo)準(zhǔn)字符及8×16、12×24、16×32點(diǎn)陣ASCII字符。④ RA8875的TFT驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)TFT數(shù)字屏的信號(hào),包括時(shí)鐘信號(hào)（PCLK）、有效信號(hào)（DE）、垂直同步信號(hào)（VSYNC）、水平同步信號(hào)（HSYNC）、數(shù)據(jù)信號(hào)（PDAT[15：0]）。通過(guò)使用STM32內(nèi)部的定時(shí)器中斷做精確計(jì)時(shí),得出各種像素的TFT數(shù)字屏的速度指標(biāo)，如表1所列。表1 速度指標(biāo)測(cè)試結(jié)果隨著顯示屏分辨率的增加，其所需的處理時(shí)間相應(yīng)遞增，在480×272像素時(shí)能達(dá)到24幀以上的刷新速度，由于人的視覺(jué)滯留效應(yīng)，在這種速度下更新顯示內(nèi)容沒(méi)有閃爍感，能被人肉眼所接受。速度指標(biāo)測(cè)試結(jié)果略——編者注。在本設(shè)計(jì)中，采用驅(qū)動(dòng)IC為OTA5180A的480（RGB）×272點(diǎn)陣TFT數(shù)字屏，圖6為該屏的接口定義及接線圖。圖6 TFTLCD模組引腳定義及接線圖⑤ 如圖7所示，使用RT9293[6]作為背光WLED的驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)RA8875的PWM1來(lái)調(diào)節(jié)反饋引腳（FB）的電壓，實(shí)現(xiàn)背光亮度調(diào)節(jié)。另外，RA8875帶有一個(gè)GPOX引腳，通過(guò)訪問(wèn)RA8875的C7h寄存器可修改該引腳的輸出電平，在本設(shè)計(jì)中，將其連至RT9293的使能端（LED_EN），當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒需打開(kāi)顯示時(shí)，再拉高電平使能背光。圖7 背光電路圖⑥ 將RA8875的XN、YN、XP、YP連至4線電阻觸摸屏，系統(tǒng)就能不斷監(jiān)測(cè)觸摸事件，為了提升ADC轉(zhuǎn)換穩(wěn)定度，加10 μF的電容到地。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 接口協(xié)議分析合理的資源文件接口協(xié)議是快捷地生成人機(jī)界面的關(guān)鍵。將PC端人機(jī)界面編輯軟件中的工程文件整合成緊湊的十六進(jìn)制字節(jié)流文件就是資源文件。這個(gè)資源文件實(shí)質(zhì)上就是由多個(gè)表（結(jié)構(gòu)體）、圖像取模數(shù)據(jù)、字符串?dāng)?shù)據(jù)組成。資源文件的第一個(gè)字節(jié)處開(kāi)始存放資源表，該表所包含的重要信息有：頁(yè)面信息表的數(shù)目、頁(yè)面信息表的入口地址、圖像信息表的數(shù)目、圖像信息表的入口地址。根據(jù)接口協(xié)議，這個(gè)接口實(shí)際上是由多個(gè)表組成。3.1.1 頁(yè)面信息表頁(yè)面是指一屏顯示界面，里面可包含多種元素。這是根據(jù)RA8875的功能特性及一般的顯示需要而設(shè)的，包括顯示圖像、不同顏色的文本、線段、矩形、圓角矩形、橢圓等。頁(yè)面信息表所登記的信息包括該頁(yè)面唯一標(biāo)識(shí)值、頁(yè)面元素個(gè)數(shù)、頁(yè)面元素表的地址。頁(yè)面元素表中存放的是上文提及的文本、線段、橢圓框、圖片等不同元素的屬性表。例如，對(duì)于橢圓框元素，其主要屬性為橢圓中心點(diǎn)、長(zhǎng)短軸。MCU解析橢圓元素的屬性表內(nèi)容后，按流程驅(qū)動(dòng)RA8875顯示橢圓。3.1.2 圖像信息表圖像信息表中登記了一幅或多幅圖像的信息，包括圖像唯一的標(biāo)識(shí)符、尺寸、圖像取模數(shù)據(jù)。當(dāng)需要顯示或剪切顯示圖像時(shí)，僅需操作RA8875的個(gè)別寄存器即可將顯示工作完全交由RA8875的DMA來(lái)完成。其操作流程如圖8所示。圖8 操作RA8875完成圖像顯示的流程圖3.2 人機(jī)界面對(duì)接口協(xié)議的執(zhí)行RA8875在480×272像素下支持雙圖層顯示。在本設(shè)計(jì)中，將Layer2設(shè)置為顯示加載資源的圖層，Layer1設(shè)置為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)顯示的圖層。Layge1以背景色（又可稱為透明色）透明的方式疊加顯示在Layer2之上，如圖2所示。從64K色中選取一種Layer1中不會(huì)用到的顏色作為透明色，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)需要更新時(shí)，利用透明色局部清屏或作為文本底色，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)直接疊加于人機(jī)界面上卻不破壞頁(yè)面的效果。圖9為對(duì)RA8875的操作流程圖。圖9 接口協(xié)議的執(zhí)行流程圖4 系統(tǒng)性能分析在本設(shè)計(jì)中，使用128 Mb Flash來(lái)存儲(chǔ)資源文件，可存儲(chǔ)64幅全屏圖像，若為不帶圖片的頁(yè)面，大多不足1 KB/頁(yè)面的數(shù)據(jù)量，也可存放上萬(wàn)頁(yè)面，這對(duì)一般的人機(jī)界面來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用了。由于SPIFlash支持從任意地址連續(xù)讀取任意長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，尤其是STM32所帶的SPI 接口支持DMA功能，可以方便地加載各種資源表、信息表，因此不存在大量消耗內(nèi)存及長(zhǎng)期占用CPU的情況，給MCU留有足夠的資源去處理嵌入式系統(tǒng)中其他更重要的實(shí)時(shí)性任務(wù)。本設(shè)計(jì)所用的PC端人機(jī)界面編輯軟件設(shè)計(jì)的界面圖略——編者注。結(jié)語(yǔ)在充分利用RA8875特性的基礎(chǔ)上，借助PC機(jī)可視化編輯的優(yōu)勢(shì)，提出了一套完整的人機(jī)界面設(shè)計(jì)的方案，并已嵌入于不同的人機(jī)界面設(shè)計(jì)中。雖然前期加入了PC端開(kāi)發(fā)的工作量，但這種僅占用MCU少量工作時(shí)間及代碼空間的方法十分適用于低成本地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期場(chǎng)合。(mbbeetchina)