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小熊派 FreeRTOS+SPI+DMA 驱动 TFT-LCD

小熊派 FreeRTOS+SPI+DMA 驱动 TFT-LCD

一、文章前言

入手了一块小熊派开发板，看到他板子上搭载了一块 TFT-LCD 编写编写驱动代码来使用 TFT ，该 TFT 通过 ST7789 驱动芯片进行驱动，本文通过 CubeMX 软件配置硬件 SPI + DMA 方式来驱动 ST7789，同时配置 FreeRTOS 方便控制 DMA， 文章 ST7789 的驱动代码参考 Mculover666 大神的博客：

【STM32Cube_17】使用硬件SPI驱动TFT-LCD（ST7789）

二、SPI+DMA 配置

先看一下小熊派 TFT 接口原理图：

20211229114431

建立一个适合小熊派 STM32L431RCT6 工程，设置时钟

20211228131318

开启 SPI2 ，修改时钟 SPI_CLK 到 PB13，选择只发模式，配置基本参数 8 位位宽，选择空闲时钟为高电平，第二个跳边沿传输数据：

20211228132511

然后进入到 DMA 设置，添加 DMA 通道，参数保持默认：

20211228132800

之后再配置相关中断优先级：

20211228132922

除此之外，TFT 的驱动还需要开启许多 GPIO 控制口：

  • 控制背光的 LCD_PWR 原理图对应的 PB15
  • 控制读写的 LCD_WR_RS 原理图对应 PC6
  • 控制复位的 LCD_RST 原理图对应 PC7

GPIO 配置很简单不多说，具体步骤可以参考 Mculover666 大神的文章：

配置完成如下：

20211228133213

以上 SPI+DMA 驱动配置好了，下面配置 FreeRTOS

三、FreeRTOS 配置

开启 FreeRTOS 是为了更加方便 DMA 逻辑代码的实现，更重要的是因为后面我计划移植 LVGL 图形库，所以需要一个 RTOS 做支撑，FreeRTOS 的使用详细介绍可以看我的这篇文章：

CubeMX使用FreeRTOS编程指南

下面简单介绍流程

点击中间件，选择 FreeRTOS，选择 CMSIS V2 版本接口：

20211228133929

创建一个任务用于刷新显存到 TFT：

20211228134014

创建一个二值信号量用于 DMA 回调的同步：

20211228134127

修改 HAL_Delay 的延时函数时基定时器为 TIM1 防止使用和 RTOS 的 Systick 冲突：

20211228134240

配置完成生成代码，具体步骤可以看参考文章

四、代码编写

生成代码后我们就可以编写逻辑代码了，但在编写前我们先大致了解一下驱动思路：

20211229103150

我们基于 FreeRTOS 操作系统编写驱动代码，建立一个写缓存任务，用于将显存区域的显示数据通过 SPI+DMA 的方式写入到 TFT 中，因为开启的是 DMA ，所以实际数据的写入过程是由 DMA 收发器完成的，因为更新显存的时候需要写大量数据，每次传输数据都要写几毫秒，所以将这个任务交给 DMA 去完成，我们只需要等待他 DMA 传输完成后再传输下一组数据就行，配合 FreeRTOS 使用信号量，DMA 没有传输完成时不会有信号释放，这时更新缓存任务就会挂起，等他发送完成才会执行，在 72M 主频的单片机移植 FreeRTOS 时，任务的调度一般 5us 作用，所以切换效率是非常高的，这样配合 FreeRTOS 使用 DMA 基本上写显示屏对主机资源的占用会压缩的非常非常小，下面是我根据 mculover666 教程代码修改的驱动代码

lcd.c 文件代码：

#include "lcd.h"
#include "gpio.h"
#include "spi.h"
#include "cmsis_os.h"

extern osSemaphoreId_t DMA_SemaphoreHandle;
//显存定义
//显存总大小 240*240*(16bit) = 240*240*2 个字节
#define LCD_TOTAL_BUF_SIZE	(240*240*2)
//因为直接定义显存太大了，所以定义其 1/100 轮流刷新
#define LCD_Buf_Size 1152
static uint8_t lcd_buf[LCD_Buf_Size];

/**
 *@brief    LCD控制引脚和通信接口初始化
 *@param    none
 *@retval   none
*/
static void LCD_GPIO_Init(void)
{
	/* 复位LCD */
	LCD_PWR(0);
	LCD_RST(0);
	HAL_Delay(100);
	LCD_RST(1);
}

/* USER CODE BEGIN 1 */
/**
 * @brief    SPI 发送字节函数
 * @param    TxData	要发送的数据
 * @param    size	发送数据的字节大小
 * @return  0:写入成功,其他:写入失败
 */
uint8_t SPI_WriteByte(uint8_t *TxData,uint16_t size)
{
	osStatus_t result;
	//获取信号，如果上一个DMA传输完成
	//信号就能获取到，没有传输完成任务就挂起
	//等到传输完成再恢复
	result = osSemaphoreAcquire(DMA_SemaphoreHandle,0xFFFF);
	
	if(result == osOK)
	{
		//获取成功
		return HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi2,TxData,size);
	}else
	{
		//获取失败
		return 1;
	}
}
//DMA 传输完成后会调用 SPI传输完成回调函数
//在该函数中我们释放信号
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	if(hspi->Instance == hspi2.Instance)
		osSemaphoreRelease(DMA_SemaphoreHandle);
}


/**
 * @brief   写命令到LCD
 * @param   cmd —— 需要发送的命令
 * @return  none
 */
static void LCD_Write_Cmd(uint8_t cmd)
{
    LCD_WR_RS(0);
    SPI_WriteByte(&cmd, 1);
}

/**
 * @brief   写数据到LCD
 * @param   dat —— 需要发送的数据
 * @return  none
 */
static void LCD_Write_Data(uint8_t dat)
{
    LCD_WR_RS(1);
    SPI_WriteByte(&dat, 1);
}

/**
 * @breif   打开LCD显示背光
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_DisplayOn(void)
{
    LCD_PWR(1);
}
/**
 * @brief   关闭LCD显示背光
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_DisplayOff(void)
{
    LCD_PWR(0);
}

/**
 * @brief   设置数据写入LCD显存区域
 * @param   x1,y1	—— 起点坐标
 * @param   x2,y2	—— 终点坐标
 * @return  none
 */
void LCD_Address_Set(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2)
{
    /* 指定X方向操作区域 */
    LCD_Write_Cmd(0x2a);
    LCD_Write_Data(x1 >> 8);
    LCD_Write_Data(x1);
    LCD_Write_Data(x2 >> 8);
    LCD_Write_Data(x2);

    /* 指定Y方向操作区域 */
    LCD_Write_Cmd(0x2b);
    LCD_Write_Data(y1 >> 8);
    LCD_Write_Data(y1);
    LCD_Write_Data(y2 >> 8);
    LCD_Write_Data(y2);

    /* 发送该命令，LCD开始等待接收显存数据 */
    LCD_Write_Cmd(0x2C);
}

/**
 * @brief   以一种颜色清空LCD屏
 * @param   color —— 清屏颜色(16bit)
 * @return  none
 */
void LCD_Clear(uint16_t color)
{
    uint16_t j;
    uint8_t data[2] = {0};  //color是16bit的，每个像素点需要两个字节的显存

    /* 将16bit的color值分开为两个单独的字节 */
    data[0] = color >> 8;
    data[1] = color;
    
    /* 显存的值需要逐字节写入显存 */
    for(j = 0; j < LCD_Buf_Size / 2; j++)
    {
        lcd_buf[j * 2] =  data[0];
        lcd_buf[j * 2 + 1] =  data[1];
    }
    /* 显存更新到 Flash */
    LCD_ReFlash();
}

/**
 * @brief   全屏更新显存到LCD
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_ReFlash()
{
		uint16_t i;
    /* 指定显存操作地址 */
    LCD_Address_Set(0, 0, LCD_Width - 1, LCD_Height - 1);
    /* 指定接下来的数据为数据 */
    LCD_WR_RS(1);
    /* 循环将显存缓冲区的数据循环写入到LCD */
    for(i = 0; i < (LCD_TOTAL_BUF_SIZE / LCD_Buf_Size); i++)
    {
        SPI_WriteByte(lcd_buf, (uint16_t)LCD_Buf_Size);
    }
}


/**
 * @brief   LCD画点
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_Draw_Point(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color)
{
	uint8_t buf[2];
	buf[0]=color>>8;
	buf[1]=color;
	LCD_Address_Set(x1,y1,x1+1,y1);
	SPI_WriteByte(buf, 2);
}

/**
 * @brief   LCD初始化
 * @param   none
 * @return  none
 */
void LCD_Init(void)
{
		/* 初始化和LCD通信的引脚 */
		
		LCD_GPIO_Init();
		osDelay(120);
    /* 关闭睡眠模式 */
    LCD_Write_Cmd(0x11);
    osDelay(120);

    /* 开始设置显存扫描模式，数据格式等 */
    LCD_Write_Cmd(0x36);
    LCD_Write_Data(0x00);
    /* RGB 5-6-5-bit格式  */
    LCD_Write_Cmd(0x3A);
    LCD_Write_Data(0x65);
    /* porch 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xB2);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x00);
    LCD_Write_Data(0x33);
    LCD_Write_Data(0x33);
    /* VGH设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xB7);
    LCD_Write_Data(0x72);
    /* VCOM 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xBB);
    LCD_Write_Data(0x3D);
    /* LCM 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC0);
    LCD_Write_Data(0x2C);
    /* VDV and VRH 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC2);
    LCD_Write_Data(0x01);
    /* VRH 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC3);
    LCD_Write_Data(0x19);
    /* VDV 设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xC4);
    LCD_Write_Data(0x20);
    /* 普通模式下显存速率设置 60Mhz */
    LCD_Write_Cmd(0xC6);
    LCD_Write_Data(0x0F);
    /* 电源控制 */
    LCD_Write_Cmd(0xD0);
    LCD_Write_Data(0xA4);
    LCD_Write_Data(0xA1);
    /* 电压设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xE0);
    LCD_Write_Data(0xD0);
    LCD_Write_Data(0x04);
    LCD_Write_Data(0x0D);
    LCD_Write_Data(0x11);
    LCD_Write_Data(0x13);
    LCD_Write_Data(0x2B);
    LCD_Write_Data(0x3F);
    LCD_Write_Data(0x54);
    LCD_Write_Data(0x4C);
    LCD_Write_Data(0x18);
    LCD_Write_Data(0x0D);
    LCD_Write_Data(0x0B);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x23);
    /* 电压设置 */
    LCD_Write_Cmd(0xE1);
    LCD_Write_Data(0xD0);
    LCD_Write_Data(0x04);
    LCD_Write_Data(0x0C);
    LCD_Write_Data(0x11);
    LCD_Write_Data(0x13);
    LCD_Write_Data(0x2C);
    LCD_Write_Data(0x3F);
    LCD_Write_Data(0x44);
    LCD_Write_Data(0x51);
    LCD_Write_Data(0x2F);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x1F);
    LCD_Write_Data(0x20);
    LCD_Write_Data(0x23);
    /* 显示开 */
    LCD_Write_Cmd(0x21);
    LCD_Write_Cmd(0x29);
    
    /* 清屏为白色 */
    LCD_Clear(WHITE);

    /*打开显示*/
    LCD_PWR(1);
}

lcd.h 文件代码：

#include "main.h"

#define	LCD_PWR(n)		(n?\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_PWR_GPIO_Port,LCD_PWR_Pin,GPIO_PIN_SET):\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_PWR_GPIO_Port,LCD_PWR_Pin,GPIO_PIN_RESET))
#define	LCD_WR_RS(n)	(n?\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_WR_RS_GPIO_Port,LCD_WR_RS_Pin,GPIO_PIN_SET):\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_WR_RS_GPIO_Port,LCD_WR_RS_Pin,GPIO_PIN_RESET))
#define	LCD_RST(n)		(n?\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_RST_GPIO_Port,LCD_RST_Pin,GPIO_PIN_SET):\
						HAL_GPIO_WritePin(LCD_RST_GPIO_Port,LCD_RST_Pin,GPIO_PIN_RESET))

//LCD屏幕分辨率定义
#define LCD_Width   240
#define LCD_Height  240
//颜色定义
#define WHITE   0xFFFF	//白色
#define YELLOW  0xFFE0	//黄色
#define BRRED   0XFC07  //棕红色
#define PINK    0XF81F	//粉色
#define RED     0xF800	//红色
#define BROWN   0XBC40  //棕色
#define GRAY    0X8430  //灰色
#define GBLUE   0X07FF	//兰色
#define GREEN   0x07E0	//绿色
#define BLUE    0x001F  //蓝色
#define BLACK   0x0000	//黑色


//初始化GPIO
static void LCD_GPIO_Init(void);
//SPI 写入接口
uint8_t SPI_WriteByte(uint8_t *TxData,uint16_t size);
//LCD 写命令
static void LCD_Write_Cmd(uint8_t cmd);
//LCD 写数据
static void LCD_Write_Data(uint8_t dat);
//LCD 开显示
void LCD_DisplayOn(void);
//LCD 关显示
void LCD_DisplayOff(void);
//LCD 设置写入范围
void LCD_Address_Set(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2);
//LCD 循环更新显存
void LCD_ReFlash(void);
//LCD 清屏
void LCD_Clear(uint16_t color);
//LCD 初始化
void LCD_Init(void);
//LCD 画点
void LCD_Draw_Point(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color);

freertos.c 文件代码

刷新任务的代码：

/* USER CODE END Header_TFT_ReFlash_Task */
__weak void TFT_ReFlash_Task(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN TFT_ReFlash_Task */
  LCD_Init();
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		LCD_Clear(RED);
    osDelay(1000);
		LCD_Clear(BLUE);
    osDelay(1000);
		LCD_Clear(GREEN);
    osDelay(1000);
		LCD_Clear(PINK);
    osDelay(1000);
  }
  /* USER CODE END TFT_ReFlash_Task */
}

五、实验现象

换色刷屏：

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版权声明：本文为CSDN博主「嵌入式up笔记」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_45396672/article/details/122212346

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