惊艳就在眼前！来感受先楫MCU八图层高清显示

简 介

HPM6700/6400系列 MCU来自上海先楫半导体科技有限公司的高性能实时RISC-V微控制器，为工业自动化及边缘计算应用提供了极大的算力、高效的控制能力及丰富的多媒体功能。HPM6700/6400自带的显示控制系统，包括LCD控制器及2D图形加速单元，性能也非常强悍，可以轻松驱动1366x768高分辨率的LCD屏，且可达到60fps的高刷新帧率。

本文主要介绍了HPM6700/6400的显示控制系统，包括LCD控制器和2D图形加速单元，并使用LVGL图形库开发的应用示例，方便开发者快速开发。

LCD 控制器 (LCDC)

HPM6700/6400系列的图形显示接口 LCDC 支持连接多种不同种类，不同分辨率的 LCD（TFT） 显示屏。LCDC 支持 24 位并行数据线，支持时钟信号 PCLK，支持 HSYNC 和 VSYNC 同步信号。LCDC 可以作为总线主设备读取片上和片外的存储器的图像数据，并发送到外部显示屏上。LCDC 的特性如下：

支持多达 24 位 RGB 显示接口；

内置 DMA，作为总线主设备读取显存数据；

支持可配置的分辨率显示屏，刷新率可达 1366x768, 60 fps；

支持多种数据格式输入 ARGB8888，RGB565，YUV422/YCbCr422，Y8，1bpp，2bpp，4bpp 和 8bpp；

支持多达8 个图层 Alpha Blending（混合叠加），其中 2 个主图层支持逐行 YUV422/YCbCr422；

支持最大 pixclk 为 85MHz 。

LCDC 功能框图

2D 图形加速单元 (PDMA)

本产品支持 1 个 2D 图形加速单元 PDMA。PDMA 支持处理逐行图像数据，支持按像素处理多种尺寸，多种颜色格式的图形；

支持同时取2个图层的数据，每个图层独立启用控制；

支持图像格式转换，包括ARGB8888,RGB565,YUV422H1P 图像转换；

支持图像0°/90°/180°/270°旋转；

支持水平、垂直的翻转；

支持图像缩放，X/Y拉伸、压缩；

支持图像截图。

PDMA功能框图

LVGL 应用开发

1. LVGL 介绍

LVGL(轻巧而多功能的图形库)是一个免费的开放源代码图形库，它提供创建具有易于使用的图形元素，精美的视觉效果和低内存占用的嵌入式GUI所需的一切。

主要特性：

功能强大的构建块，例如按钮，图表，列表，滑块，图像等；

带有动画，抗锯齿，不透明，平滑滚动的高级图形各种输入设备，例如触摸板，鼠标，键盘，编码器等；

支持UTF-8编码的多语言；

多显示器支持，如TFT，单色显示器；

完全可定制的图形元素；

独立于任何微控制器或显示器使用的硬件；

可扩展以使用很少的内存(64 KB闪存，16 KB RAM)进行操作；

操作系统，支持外部存储器和GPU，但不是必需的；

单帧缓冲区操作，即使具有高级图形效果；

用C语言编写，以实现最大的兼容性(与C ++兼容)；

模拟器可在没有嵌入式硬件的PC上进行嵌入式GUI设计。

可移植到MicroPython；

可快速上手的教程、示例、主题；

丰富的文档教程；

在MIT许可下免费和开源。

2. LVGL移植适配

官方已经移植和适配好了LVGL，代码结构如下：

▸./lvgl库本身

▸./lv_drivers显示和输入设备驱动程序

▸./lv_examples示例和演示

▸Lvgl官方网站(https://docs.lvgl.io)

▸Lvgl官方博客站点(https://blog.lvgl.io)

▸Sim在线模拟器网站(https://sim.lvgl.io)

▸lv_sim_... 适用于各种IDE和平台的模拟器项目

▸lv_port_... 移植到其他开发板

▸lv_binding_... 绑定到其他语言

▸lv _… 移植到其他平台

其中，lvgl，lv_examples和lv_drivers是最受维护、关注的核心存储库。

lv_drivers显示接口：

要设置显示，必须初始化 lv_disp_draw_buf_t 和 lv_disp_drv_t 变量。

lv_disp_draw_buf_t 保存显示缓冲区信息的结构体

lv_disp_drv_t HAL要注册的显示驱动程序、与显示交互并处理与图形相关的结构体、回调函数。

显示缓冲器：

关于缓冲区大小，有 3 种情况：

（1）一个缓冲区：LVGL将屏幕的内保存到缓冲区中并将其发送到显示器。缓冲区可以小于屏幕。在这种情况下，较大的区域将被重画成多个部分。如果只有很小的区域发生变化(例如按下按钮)，则只会刷新该部分的区域。

（2）两个非屏幕大小的缓冲区：具有两个缓冲区的 LVGL 可以将其中一个作为显示缓冲区，而另一缓冲区的内容发送到后台显示。应该使用 DMA 或其他硬件将数据传输到显示器，以让CPU同时绘图。这样，渲染和刷新并行处理。与一个缓冲区的情况类似，如果缓冲区小于要刷新的区域，LVGL将按块绘制显示内容

（3）两个屏幕大小的缓冲区：与两个非屏幕大小的缓冲区相反，LVGL将始终提供整个屏幕的内容，而不仅仅是块。这样，驱动程序可以简单地将帧缓冲区的地址更改为从 LVGL 接收的缓冲区。因此，当MCU具有 LCD/TFT 接口且帧缓冲区只是 RAM 中的一个位置时，这种方法的效果很好。

显示驱动器:

一旦缓冲区初始化准备就绪，就需要初始化显示驱动程序。

lv_disp_drv_t的初始化，需要使用 lv_disp_drv_init(＆disp_drv) 进行初始化。最后，要为 LVGL 注册显示设备，需要调用lv_disp_drv_register(＆disp_drv)。

在最简单的情况下，仅需要设置 lv_disp_drv_t 的以下两个字段：

▸draw_buf 指向已初始化的 lv_disp_buf_t 变量的指针。

▸flush_cb 回调函数，用于将缓冲区的内容复制到显示的特定区域。刷新准备就绪后，需要调用lv_disp_flush_ready()。LVGL可能会以多个块呈现屏幕，因此多次调用flush_cb。使用 lv_disp_flush_is_last() 可以查看哪块是最后渲染的。

其中，有一些可选的数据字段：

▸hor_res 显示器的水平分辨率。(默认为 lv_conf.h 中的 LV_HOR_RES_MAX )

▸ver_res 显示器的垂直分辨率。(默认为 lv_conf.h 中的 LV_VER_RES_MAX )

▸color_chroma_key 色彩键控支持透明色。(默认为 lv_conf.h 中的 LV_COLOR_TRANSP )

▸user_data 驱动程序的自定义用户数据。可以在 lv_conf.h 中修改其类型。

▸anti-aliasing 使用抗锯齿(anti-aliasing)(边缘平滑)。缺省情况下默认为 lv_conf.h 中的 LV_ANTIALIAS 。

▸rotated 如果 1 交换 hor_res 和 ver_res 。两种情况下 LVGL 的绘制方向相同(从上到下的线条)，因此还需要重新配置驱动程序以更改显示器的填充方向。

▸screen_transp 如果为 1 ，则屏幕可以具有透明或不透明的样式。需要在 lv_conf.h 中启用 LV_COLOR_SCREEN_TRANSP 。

要使用GPU，可以使用以下回调：

▸gpu_fill_cb 用颜色填充内存中的区域。

▸gpu_blend_cb 使用不透明度混合两个内存缓冲区。

▸gpu_wait_cb 如果在 GPU 仍在运行 LVGL 的情况下返回了任何 GPU 函数，则在需要确保GPU渲染就绪时将使用此函数。

其他一些可选的回调，使单色、灰度或其他非标准RGB显示一起使用时更轻松、优化：

▸rounder_cb 四舍五入要重绘的区域的坐标。例如。2x2像素可以转换为2x8。如果显示控制器只能刷新特定高度或宽度的区域(对于单色显示器，通常为8 px高)，则可以使用它。

▸set_px_cb 编写显示缓冲区的自定义函数。如果显示器具有特殊的颜色格式，则可用于更紧凑地存储像素。(例如1位单色，2位灰度等)。这样，lv_disp_buf_t中使用的缓冲区可以较小，以仅保留给定区域大小所需的位数。set_px_cb不能与两个屏幕大小的缓冲区一起显示缓冲区配置。

▸monitor_cb 回调函数告诉在多少时间内刷新了多少像素。

▸clean_dcache_cb清除与显示相关的所有缓存的回调

lv_drivers显示接口：

要设置输入设备，必须初始化 lv_indev_drv_t 变量，类型(indev_drv.type)可以是：

▸LV_INDEV_TYPE_POINTER触摸板或鼠标

▸LV_INDEV_TYPE_KEYPAD键盘或小键盘

▸LV_INDEV_TYPE_ENCODER带有左，右，推动选项的编码器

▸LV_INDEV_TYPE_BUTTON外部按钮按下屏幕

3. 应用开发

LVGL图形库功能控件有很多，这里不在详细介绍，详细API介绍查阅LVGL官网。

LVGL主要控件功能有：

使用 lvgl 图形库之前，我们还必须初始化 lvgl 以及相关其他组件。初始化的顺序为：

▸调用 lv_init() 初始化 lvgl 库;

▸初始化驱动程序；

▸在 LVGL 中注册显示和输入设备驱动程序；

▸在中断中每隔 x毫秒调用 lv_tick_inc(x)用以告知 lvgl 经过的时间；

▸每隔 x毫秒定期调用 lv_task_handler()用以处理与 lvgl 相关的任务。

SquareLine_Studio设计器：

（1）创建项目

（2）控件布局设计

（3）代码生成

（4）代码适配工程

（5）添加事件响应代码

运行效果：

性能测试：

fps帧率：每秒钟LCD图形刷新的帧数；

LVGL会通过内部的tick，定时去刷屏幕；

10即1000ms/10ms=100FPS；

这个宏定义限定了LVGL刷屏帧率的上限，设定满帧100帧；

使用全尺寸双buffer。

实测结果：

总 结

本文介绍了 HPM6700/6400 LCD 控制器和2D图形加速单元模块，同时介绍了 LVGL 图形界面库功能及移植适配要点，并基于 LVGL 图形界面库开发驱动点亮LCD屏的应用示例。根据实测结果，LCD 帧率可达到60fps。官方 HPM-SDK 已将LVGL图形库移植适配完成，也提供了基于 LVGL 的demo示例，用户可以非常便捷的使用HPM6700/6400 SDK 来完成LCD相关的应用开发。