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，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，包括LCD控制器和2D圖形加速單元，并使用LVGL圖形庫開發的應用示例，方便開發者快速開發。

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 位并行數據線，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據，并發送到外部顯示屏上。LCDC 的特性如下：

支持多達 24 位 RGB 顯示接口；

內置 DMA，作為總線主設備讀取顯存數據；

支持可配置的分辨率顯示屏，刷新率可達 1366x768, 60 fps；

支持多種數據格式輸入 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)

本產品支持 1 個 2D 圖形加速單元 PDMA。PDMA 支持處理逐行圖像數據，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個圖層的數據，每個圖層獨立啟用控制；

支持圖像格式轉換，包括ARGB8888,RGB565,YUV422H1P 圖像轉換；

支持圖像0°/90°/180°/270°旋轉；

支持水平、垂直的翻轉；

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

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，它提供創建具有易于使用的圖形元素，精美的視覺效果和低內存占用的嵌入式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存(64 KB閃存，16 KB RAM)進行操作；

操作系統，支持外部存儲器和GPU，但不是必需的；

單幀緩沖區操作，即使具有高級圖形效果；

用C語言編寫，以實現最大的兼容性(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顯示和輸入設備驅動程序

?./lv_examples示例和演示

?Lvgl官方網站(https://docs.lvgl.io)

?Lvgl官方博客站點(https://blog.lvgl.io)

?Sim在線模擬器網站(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 保存顯示緩沖區信息的結構體

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

顯示緩沖器：

關于緩沖區大小，有 3 種情況：

（1）一個緩沖區：LVGL將屏幕的內保存到緩沖區中并將其發送到顯示器。緩沖區可以小于屏幕。在這種情況下，較大的區域將被重畫成多個部分。如果只有很小的區域發生變化(例如按下按鈕)，則只會刷新該部分的區域。

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

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

顯示驅動器:

一旦緩沖區初始化準備就緒，就需要初始化顯示驅動程序。

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

其中，有一些可選的數據字段：

?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 驅動程序的自定義用戶數據。可以在 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：

?gpu_fill_cb 用顏色填充內存中的區域。

?gpu_blend_cb 使用不透明度混合兩個內存緩沖區。

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

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

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

?set_px_cb 編寫顯示緩沖區的自定義函數。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中使用的緩沖區可以較小，以僅保留給定區域大小所需的位數。set_px_cb不能與兩個屏幕大小的緩沖區一起顯示緩沖區配置。

?monitor_cb 回調函數告訴在多少時間內刷新了多少像素。

?clean_dcache_cb清除與顯示相關的所有緩存的回調

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

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。

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：

?調用 lv_init() 初始化 lvgl 庫;

?初始化驅動程序；

?在 LVGL 中注冊顯示和輸入設備驅動程序；

?在中斷中每隔 x毫秒調用 lv_tick_inc(x)用以告知 lvgl 經過的時間；

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

SquareLine_Studio設計器：

（1）創建項目

（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；

LVGL會通過內部的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 圖形界面庫開發驅動點亮LCD屏的應用示例。根據實測結果，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。