從MCU的CPU中分流圖形處理功能及Chrom-ART模塊應(yīng)用

競爭激烈的市場的壓力正在推動OEM廠商大幅增強許多工業(yè)、汽車和醫(yī)療設(shè)備的用戶界面的功能，以提供與當(dāng)代智能手機或平板電腦類似的用戶體驗。通常，這需要在相對較大和高分辨率的觸摸屏顯示中實現(xiàn)復(fù)雜的2D圖形，可能還需要諸如語音識別和手勢感測之類的其他高級接口技術(shù)。

幸運的是，對于希望繼續(xù)在熟悉的微控制器環(huán)境中操作而不是遷移到應(yīng)用處理器的設(shè)計人員，意法半導(dǎo)體在其高端產(chǎn)品中引入了特殊的圖形處理功能，使其能夠支持復(fù)雜的圖形應(yīng)用，而不會影響其核心應(yīng)用代碼的執(zhí)行。

這是通過提供附加的硬件IP、Chrom-ART?圖形加速器，以及STM32F7、STM32H7、STM32F4和STM32L4系列MCU中的ARM? Cortex?-M7或ARM Cortex-M4內(nèi)核來實現(xiàn)。Chrom-ART模塊能夠幫助從MCU的CPU中分流圖形處理功能，使其能夠?qū)Ｗ⒂趯崟r運行核心應(yīng)用程序。

本設(shè)計說明描述了Chrom-ART模塊的主要特性和功能，以及它支持的圖形功能的類型。

Chrom-ART模塊的功能

圖1：STM32L4 MCU中的Chrom-ART加速器模塊框圖（圖片來源：意法半導(dǎo)體RM0351）

Chrom-ART加速器是專門用于圖像處理的專用直接存儲器訪問（DMA）單元，如圖1所示。它可以執(zhí)行以下操作：

• 用特定顏色填充目標(biāo)圖像的一部分或全部
• 將源圖像的一部分或全部復(fù)制到目標(biāo)圖像的一部分或全部
• 通過像素格式轉(zhuǎn)換將源圖像的一部分或全部復(fù)制到目標(biāo)圖像的一部分或全部

將具有不同像素格式的兩個源圖像的一部分和/或全部進行混合，并將結(jié)果復(fù)制到具有不同顏色格式的目標(biāo)圖像的一部分或全部

在索引顏色或直接顏色模式下，所有傳統(tǒng)顏色編碼方案都支持4位/像素到32位/像素。Chrom-ART模塊有自己的專用存儲器，用于彩色查找表（CLUT）。

加速器以每周期一個像素的吞吐量分流大多數(shù)圖形操作。它完全集成到在意法半導(dǎo)體的MCU上運行的圖形固件中，使其在軟件中的操作對用戶透明。

作為一種DMA單元，Chrom-ART模塊通過存儲器操作執(zhí)行功能，它提供四種模式：

• 寄存器到存儲器，用于矩形填充操作
• 存儲器到存儲器，用于2D存儲器復(fù)制操作
• 具有像素格式轉(zhuǎn)換的存儲器到存儲器，用于帶格式轉(zhuǎn)換的位圖繪圖
• 具有像素格式轉(zhuǎn)換和混合的存儲器到存儲器，用于具有透明度的位圖或文本繪圖

戶可以獨立編程源和目標(biāo)的所有參數(shù)，即層的地址（包括其大小和位置）；顏色格式；以及管理透明度的方式。

Chrom-ART模塊可用于高效管理文字和字體。只有透明度值存儲在存儲器中，用于渲染抗鋸齒字體 – 抗鋸齒是平滑文本外觀的一種方法，否則可能會出現(xiàn)像素化或“塊狀”。顏色是在像素格式轉(zhuǎn)換期間進行添加，并且可以由用戶編程。這種操作模式提供了一種非常高效的方式來存儲高質(zhì)量的位圖字體。

混合操作完全在硬件中執(zhí)行。Chrom-ART加速器可以混合前景圖像和帶有透明度的背景圖像。每個周期生成一個像素，使得這個復(fù)雜的操作比通過CPU執(zhí)行更有效率。由于采用輸出像素格式轉(zhuǎn)換器，所得像素可以獨立于源圖像進行編碼。

Chrom-ART加速器還有6個中斷源，用于指示：

• 配置錯誤
• CLUT傳輸完成
• CLUT訪問錯誤
• 傳輸期間水印到達(dá)
• 傳輸完成
• 傳輸錯誤

Chrom-ART加速器的操作符合用戶的省電策略。它在MCU的運行和睡眠模式下處于活動狀態(tài)，Chrom-ART中斷可以觸發(fā)MCU，退出睡眠模式。在停止（掉電）模式下，Chrom-ART加速器被凍結(jié)，其寄存器的內(nèi)容被保留。在待機模式下，加速器掉電，必須重新初始化才能再次開始運行。

綜上所述，Chrom-ART模塊用于在每個圖形的實現(xiàn)中計算幀緩沖區(qū)，不會對CPU造成任何負(fù)擔(dān)，從而提供非常高效的吞吐量。