从MCU的CPU中分流图形处理功能及Chrom-ART模块应用

竞争激烈的市场的压力正在推动OEM厂商大幅增强许多工业、汽车和医疗设备的用户界面的功能，以提供与当代智能手机或平板电脑类似的用户体验。通常，这需要在相对较大和高分辨率的触摸屏显示中实现复杂的2D图形，可能还需要诸如语音识别和手势感测之类的其他高级接口技术。

幸运的是，对于希望继续在熟悉的微控制器环境中操作而不是迁移到应用处理器的设计人员，意法半导体在其高端产品中引入了特殊的图形处理功能，使其能够支持复杂的图形应用，而不会影响其核心应用代码的执行。

这是通过提供附加的硬件IP、Chrom-ART™图形加速器，以及STM32F7、STM32H7、STM32F4和STM32L4系列MCU中的ARM® Cortex®-M7或ARM Cortex-M4内核来实现。Chrom-ART模块能够帮助从MCU的CPU中分流图形处理功能，使其能够专注于实时运行核心应用程序。

本设计说明描述了Chrom-ART模块的主要特性和功能，以及它支持的图形功能的类型。

Chrom-ART模块的功能

图1：STM32L4 MCU中的Chrom-ART加速器模块框图（图片来源：意法半导体RM0351）

Chrom-ART加速器是专门用于图像处理的专用直接存储器访问（DMA）单元，如图1所示。它可以执行以下操作：

• 用特定颜色填充目标图像的一部分或全部
• 将源图像的一部分或全部复制到目标图像的一部分或全部
• 通过像素格式转换将源图像的一部分或全部复制到目标图像的一部分或全部

将具有不同像素格式的两个源图像的一部分和/或全部进行混合，并将结果复制到具有不同颜色格式的目标图像的一部分或全部

在索引颜色或直接颜色模式下，所有传统颜色编码方案都支持4位/像素到32位/像素。Chrom-ART模块有自己的专用存储器，用于彩色查找表（CLUT）。

加速器以每周期一个像素的吞吐量分流大多数图形操作。它完全集成到在意法半导体的MCU上运行的图形固件中，使其在软件中的操作对用户透明。

作为一种DMA单元，Chrom-ART模块通过存储器操作执行功能，它提供四种模式：

• 寄存器到存储器，用于矩形填充操作
• 存储器到存储器，用于2D存储器复制操作
• 具有像素格式转换的存储器到存储器，用于带格式转换的位图绘图
• 具有像素格式转换和混合的存储器到存储器，用于具有透明度的位图或文本绘图

户可以独立编程源和目标的所有参数，即层的地址（包括其大小和位置）；颜色格式；以及管理透明度的方式。

Chrom-ART模块可用于高效管理文字和字体。只有透明度值存储在存储器中，用于渲染抗锯齿字体 – 抗锯齿是平滑文本外观的一种方法，否则可能会出现像素化或“块状”。颜色是在像素格式转换期间进行添加，并且可以由用户编程。这种操作模式提供了一种非常高效的方式来存储高质量的位图字体。

混合操作完全在硬件中执行。Chrom-ART加速器可以混合前景图像和带有透明度的背景图像。每个周期生成一个像素，使得这个复杂的操作比通过CPU执行更有效率。由于采用输出像素格式转换器，所得像素可以独立于源图像进行编码。

Chrom-ART加速器还有6个中断源，用于指示：

• 配置错误
• CLUT传输完成
• CLUT访问错误
• 传输期间水印到达
• 传输完成
• 传输错误

Chrom-ART加速器的操作符合用户的省电策略。它在MCU的运行和睡眠模式下处于活动状态，Chrom-ART中断可以触发MCU，退出睡眠模式。在停止（掉电）模式下，Chrom-ART加速器被冻结，其寄存器的内容被保留。在待机模式下，加速器掉电，必须重新初始化才能再次开始运行。

综上所述，Chrom-ART模块用于在每个图形的实现中计算帧缓冲区，不会对CPU造成任何负担，从而提供非常高效的吞吐量。