用48腳的STM32驅(qū)動(dòng)16位并口TFT彩屏

TFT屏的接口有SPI，8080/6800并口，RGB，MIPI等許多種，用在單片機(jī)上的一般就是前兩種。SPI的好處是簡(jiǎn)單，只需要連接六七條線，缺點(diǎn)是速度太慢了。SPI的最高時(shí)鐘頻率一般是單片機(jī)主頻二分頻，16位彩色時(shí)寫一個(gè)像素需要33~34個(gè)時(shí)鐘周期(傳16位數(shù)據(jù)32個(gè)周期，協(xié)議消耗增加一兩個(gè)周期)，分辨率低了還好，320*240的屏刷全屏需要24.6萬(wàn)時(shí)鐘周期，48M主頻時(shí)就是51ms左右，已經(jīng)有點(diǎn)嫌慢了。好在SPI可以用DMA方式異步寫屏，CPU占用率低一些。

8080并口就快多了，一般用FSMC+DMA來(lái)驅(qū)動(dòng)，實(shí)測(cè)最快時(shí)平均每個(gè)像素只需要12.6個(gè)時(shí)鐘周期，也可以異步寫屏，但是得用100腳或者144腳的STM32才有FSMC。(DMA用了M2M方式，效率不高，如果不用DMA直接寫，做循環(huán)展開(kāi)，還能再稍快一點(diǎn)點(diǎn)。)有時(shí)我們主要就是驅(qū)動(dòng)個(gè)屏，其他管腳用得不多，有沒(méi)有辦法讓48腳的STM32也用上并口屏呢？得試一下。

48腳的STM32F030有完整的PA0-15, PB0-15這兩組16位GPIO, 考慮到PA13和PA14需要作為SWCLK和SWDIO，還是把屏接在GPIOB吧。GPIOA出五個(gè)腳接RS/CS/RD/WR/RESET,一路PWM用作背光調(diào)節(jié)，PA9和10當(dāng)串口，PA5~7作為SPI接個(gè)W25，再加個(gè)W25的CS腳，差不多了。原理圖過(guò)于簡(jiǎn)單就不貼上來(lái)了。

焊好，開(kāi)機(jī)，調(diào)試，顯示一切正常。然而要測(cè)試刷屏速度怎么做呢？在F1/F3/F4上都可以打開(kāi)DWT，然后在清屏前后各讀取一次DWT->CYCCNT的值，相減即可。F0沒(méi)有DWT，F(xiàn)030也沒(méi)有32位定時(shí)器，只好用SysTick代替了。缺點(diǎn)是它的計(jì)數(shù)值最大只能到16777215，勉強(qiáng)夠了。至于SysTick中斷怎么辦呢？用TIM16配置成每ms中斷，代替一下吧。

最關(guān)鍵的寫屏函數(shù)，把它作為回調(diào)函數(shù)傳給TFT驅(qū)動(dòng)，我們先寫成這樣：

static void fastwrite(void* buf, int count)
{
    register unsigned short* ptr = buf;
    while(count > 0) {
        GPIOA- >BRR = LCD_WR;
        GPIOB- >ODR = *ptr++;
        GPIOA- >BSRR = LCD_WR;
        count--;
    }
}

實(shí)測(cè)結(jié)果，刷屏消耗大約1816362個(gè)時(shí)鐘周期，平均每23.7個(gè)時(shí)鐘周期寫一個(gè)像素。這是什么情況，比SPI只快這么一點(diǎn)？看來(lái)是這個(gè)循環(huán)效率太低了，展開(kāi)試試。怎么展開(kāi)呢，試試達(dá)夫設(shè)備, 首先把前面三條端口操作做成一個(gè)宏readwrite_macro，然后如下：

static void fastwrite(void* buf, register int count)
{
    register unsigned short* ptr = buf;
    register int n = (count + 7) / 8;
    switch(count % 8) {
        case 0: do { readwrite_macro(*ptr++);
        case 7: readwrite_macro(*ptr++);
        case 6: readwrite_macro(*ptr++);
        case 5: readwrite_macro(*ptr++);
        case 4: readwrite_macro(*ptr++);
        case 3: readwrite_macro(*ptr++);
        case 2: readwrite_macro(*ptr++);
        case 1: readwrite_macro(*ptr++);
    } while(--n > 0);
}

看上去很奇怪是不是，do..while還能包在switch里？事實(shí)上它工作得很好，現(xiàn)在刷全屏只需要1059652個(gè)周期了，平均每13.8周期輸出一個(gè)像素，已經(jīng)接近FSMC的水平了。

繼續(xù)優(yōu)化，考慮到有時(shí)是寫TFT寄存器，只需要寫一兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，對(duì)這些情況單獨(dú)處理一下，可以做到798990周期刷全屏，平均每像素10.4周期，超過(guò)了FSMC的速度。

然而以上這些辦法的缺點(diǎn)是沒(méi)法做到異步寫屏，如果全屏都需要刷新、刷新率較高的話，CPU負(fù)擔(dān)恐怕重了點(diǎn)。能不能設(shè)法做到和FSMC+DMA一樣的效果呢？還得再想辦法。

這里的關(guān)鍵還是寫端口的三條語(yǔ)句，把WR腳拉低再拉高，太浪費(fèi)時(shí)間了，能不能用PWM來(lái)代替呢？正好，WR腳同時(shí)也是TIM15的1通道輸出?？梢园裈IM15配置成PWM，寫好GPIO之后PWM提供WR腳的上升沿。實(shí)測(cè)了一下，果然可行，不過(guò)速度比之前慢了不少，估計(jì)是PWM參數(shù)得好好優(yōu)化。

下一步，解決了寫一個(gè)數(shù)據(jù)，怎么寫多個(gè)數(shù)據(jù)呢？思路是用TIM15的溢出事件觸發(fā)DMA傳輸，把新的像素?cái)?shù)據(jù)寫到GPIOB。關(guān)鍵是寫夠了得能停下來(lái)，得再用上定時(shí)器級(jí)聯(lián)功能，用TIM15的溢出事件作為子定時(shí)器(TIM3)的時(shí)鐘源，計(jì)數(shù)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，TIM3中斷里把TIM15關(guān)掉——這樣可以嗎？不行，中斷太慢了，這樣肯定會(huì)寫多。感覺(jué)可以用TIM3的溢出或者匹配事件再觸發(fā)一次DMA傳輸，寫TIM15的CR1寄存器，把TIM15關(guān)掉。這樣應(yīng)該就可以做成和FSMC+DMA一樣的效果了。不過(guò)具體操作起來(lái)麻煩事還很多。