第45章 STM32F429的图形加速器DMA2D的基础知识和HAL库API

45.1 初学者重要提示

DMA2D是专门用于LCD加速的，特别是刷单色屏，刷图片，刷Alpha（透明）混合效果全靠它，而且可以大大降低CPU利用率。

特别注意，大家只需对HAL库提供的DMA2D操作API有个了解即可，实际工程中，并不使用这些API，我们需要使用更加高效的寄存器直接操作，在下一章节会为大家说明。

45.2 DMA2D基础知识

DMA2D主要实现了两个功能，一个是DMA数据传输功能，另一个是2D图形加速功能。

DMA数据传输

主要是两种方式，一个是寄存器到存储器，另一个是存储器到存储器。通过DMA可以大大降低CPU的利用率。

2D图形加速功能

支持硬件的颜色格式转换和Alpha混合效果。

45.2.1 DMA2D硬件框图

认识一个外设，最好的方式就是看它的框图，方便我们快速地了解DMA2D的基本功能，然后再看手册了解细节。框图如下所示：

将这个硬件框图简化一下，就是下面这样：

下面按照简化的硬件框图，对每个部分做个说明。

45.2.2 DMA2D工作模式

DMA2D支持的工作模式如下：

模式1：寄存器到存储器模式

这个模式主要用于清屏，也即是将显示屏清为单色效果。

模式2：存储器到存储器模式

这个模式用于从一个存储器复制一块数据到另一个存储器，比如将摄像头OV7670的输出图像复制到LCD显存就可以采用这种方式。

模式3：存储器到存储器模式，带颜色格式转换

这个模式比模式2多了一个颜色格式转换，比如我们要显示一幅RGB888颜色格式的位图到RGB565颜色格式的显示屏，就需要用到这个模式，只需输入端配置为RGB888，输出端配置RGB565即可。位图颜色格式转换后会显示到显示屏上。

模式4：存储器到存储器模式，带颜色格式转换和混合

这个模式比模式3多了一个混合操作，通过混合，可以将两种效果进行混合显示。

模式5：存储器到存储器模式，带颜色格式转换和混合，前景色是固定的

同模式4，只是前景色的颜色值是固定的。

45.2.3 前景层和背景层的输入以及颜色格式转换

前景层和背景层是指的用户绘制图形时的前景色和背景色，比如我们显示汉字，字体会有一个颜色，也就是前景色，还有一个背景色。又比如我们绘制两幅图片，想将两幅图片混合，那就可以将一幅图片作为前景层，另一个幅图片作为背景层。

DMA2D支持的输入颜色格式如下，前景层和背景层一样：

前8种颜色格式在第40章的第2小节开头有介绍，这里把后四种做个说明：

L4 (4-bit luminance or CLUT)

4位颜色格式，实际上仅仅是4位索引值，范围0–15,而每个索引值的具体颜色值在查色表CLUT里面存储。

A4和A8

A4和A8用于特定的Alpha模式，既不存储颜色信息，也没有索引值。

这里特别注意一点，输入颜色格式的Alpha值是可以设置的，而且颜色格式里面的R通道和B通道可以交换位置。

45.2.4 前景层和背景层混合

DMA2D混合器用于混合前景色和背景色，这个功能不需要任何配置，仅需要通过DMA2D_CR寄存器使能即可。混合公式如下：

45.2.5 DMA2D输出颜色格式

DMA2D支持的输出颜色格式如下：

45.3 DMA2D的HAL库用法

DMA2D的HAL库用法其实就是几个结构体变量成员的配置和使用，然后配置时钟，并根据需要配置NVIC、中断。下面我们逐一展开为大家做个说明。

45.3.1 DMA2D寄存器结构体DMA2D_TypeDef

DMA2D相关的寄存器是通过HAL库中的结构体DMA2D_TypeDef定义的，在stm32h743xx.h中可以找到它们的具体定义：

typedef struct

{

  __IO uint32_t CR;            /*!< DMA2D Control Register,                         Address offset: 0x00 */

  __IO uint32_t ISR;           /*!< DMA2D Interrupt Status Register,                Address offset: 0x04 */

  __IO uint32_t IFCR;          /*!< DMA2D Interrupt Flag Clear Register,            Address offset: 0x08 */

  __IO uint32_t FGMAR;         /*!< DMA2D Foreground Memory Address Register,       Address offset: 0x0C */

  __IO uint32_t FGOR;          /*!< DMA2D Foreground Offset Register,               Address offset: 0x10 */

  __IO uint32_t BGMAR;         /*!< DMA2D Background Memory Address Register,       Address offset: 0x14 */

  __IO uint32_t BGOR;          /*!< DMA2D Background Offset Register,               Address offset: 0x18 */

  __IO uint32_t FGPFCCR;       /*!< DMA2D Foreground PFC Control Register,          Address offset: 0x1C */

  __IO uint32_t FGCOLR;        /*!< DMA2D Foreground Color Register,                Address offset: 0x20 */

  __IO uint32_t BGPFCCR;       /*!< DMA2D Background PFC Control Register,          Address offset: 0x24 */

  __IO uint32_t BGCOLR;        /*!< DMA2D Background Color Register,                Address offset: 0x28 */

  __IO uint32_t FGCMAR;        /*!< DMA2D Foreground CLUT Memory Address Register,  Address offset: 0x2C */

  __IO uint32_t BGCMAR;        /*!< DMA2D Background CLUT Memory Address Register,  Address offset: 0x30 */

  __IO uint32_t OPFCCR;        /*!< DMA2D Output PFC Control Register,              Address offset: 0x34 */

  __IO uint32_t OCOLR;         /*!< DMA2D Output Color Register,                    Address offset: 0x38 */

  __IO uint32_t OMAR;          /*!< DMA2D Output Memory Address Register,           Address offset: 0x3C */

  __IO uint32_t OOR;           /*!< DMA2D Output Offset Register,                   Address offset: 0x40 */

  __IO uint32_t NLR;           /*!< DMA2D Number of Line Register,                  Address offset: 0x44 */

  __IO uint32_t LWR;           /*!< DMA2D Line Watermark Register,                  Address offset: 0x48 */

  __IO uint32_t AMTCR;         /*!< DMA2D AHB Master Timer Configuration Register,  Address offset: 0x4C */

  uint32_t      RESERVED[236]; /*!< Reserved, 0x50-0x3FF */

  __IO uint32_t FGCLUT[256];   /*!< DMA2D Foreground CLUT,                          Address offset:400-7FF */

  __IO uint32_t BGCLUT[256];   /*!< DMA2D Background CLUT,                          Address offset:800-BFF */

} DMA2D_TypeDef;

__IO表示volatile, 这是标准C语言中的一个修饰字，表示这个变量是非易失性的，编译器不要将其优化掉。core_m4.h 文件定义了这个宏：

#define     __O     volatile             /*!< Defines 'write only' permissions */

#define     __IO    volatile             /*!< Defines 'read / write' permissions */

下面我们再看DMA2D的定义，在stm32f429xx.h文件。

#define PERIPH_BASE           0x40000000UL

#define AHB1PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00020000UL)

#define DMA2D_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0xB000UL)

#define DMA2D                 ((DMA2D_TypeDef *)DMA2D_BASE) <----- 展开这个宏，(DMA2D_TypeDef *) 0x4002B000

我们访问DMA2D的ISR寄存器可以采用这种形式：DMA2D->ISR = 0。

45.3.2 DMA2D参数初始化结构体DMA2D_InitTypeDef

此结构体用于配置DMA2D的基本参数，具体定义如下：

typedef struct

{

  uint32_t             Mode;              

  uint32_t             ColorMode;        

  uint32_t             OutputOffset;       

  uint32_t             AlphaInverted;    

  uint32_t             RedBlueSwap;       

} DMA2D_InitTypeDef;

下面将这几个参数逐一为大家做个说明：

  uint32_t   Mode

此参数用于设置DMA2D的传输模式，具体支持的参数如下：

#define DMA2D_M2M        ((uint32_t)0x00000000U)  /*存储器到存储传输模式 */

#define DMA2D_M2M_PFC     DMA2D_CR_MODE_0         /*存储器到存储器传输模式，并执行FPC像素格式转 */

#define DMA2D_M2M_BLEND   DMA2D_CR_MODE_1         /* 存储器到存储器模式，并执行像素格式转换和混合 */

#define DMA2D_R2M         DMA2D_CR_MODE           /* 寄存器到存储器传输模式 */

  uint32_t   ColorMode

此参数用于设置DMA2D的输出颜色格式，具体支持的参数如下：

#define DMA2D_OUTPUT_ARGB8888       ((uint32_t)0x00000000U)               /* ARGB8888 */

#define DMA2D_OUTPUT_RGB888         DMA2D_OPFCCR_CM_0                     /* RGB888 */

#define DMA2D_OUTPUT_RGB565         DMA2D_OPFCCR_CM_1                     /* RGB565 */

#define DMA2D_OUTPUT_ARGB1555       (DMA2D_OPFCCR_CM_0|DMA2D_OPFCCR_CM_1) /* ARGB1555 */

#define DMA2D_OUTPUT_ARGB4444       DMA2D_OPFCCR_CM_2                     /* ARGB4444 */

  uint32_t   OutputOffset

此参数用于设置输出位置的偏移值，参数范围0x0000到0x3FFF。

45.3.3 DMA2D的图层结构体DMA2D_LayerCfgTypeDef

此结构体用于配置前景色和背景色。

typedef struct

{

  uint32_t             InputOffset;       

  uint32_t             InputColorMode;    

  uint32_t             AlphaMode;        

  uint32_t             InputAlpha;        

} DMA2D_LayerCfgTypeDef;

下面将这几个参数逐一为大家做个说明。

  uint32_t  InputOffset

设置前景色或者背景色的输入偏移，范围0x000到0x3FFF。

  uint32_t  InputColorMode

设置前景色或者背景色的输入颜色格式，具体支持的参数如下：

#define DMA2D_INPUT_ARGB8888        ((uint32_t)0x00000000U)  /* ARGB8888 */

#define DMA2D_INPUT_RGB888          ((uint32_t)0x00000001U)  /* RGB888   */

#define DMA2D_INPUT_RGB565          ((uint32_t)0x00000002U)  /* RGB565   */

#define DMA2D_INPUT_ARGB1555        ((uint32_t)0x00000003U)  /* ARGB1555 */

#define DMA2D_INPUT_ARGB4444        ((uint32_t)0x00000004U)  /* ARGB4444 */

#define DMA2D_INPUT_L8              ((uint32_t)0x00000005U)  /* L8       */

#define DMA2D_INPUT_AL44            ((uint32_t)0x00000006U)  /* AL44     */

#define DMA2D_INPUT_AL88            ((uint32_t)0x00000007U)  /* AL88     */

#define DMA2D_INPUT_L4              ((uint32_t)0x00000008U)  /* L4       */

#define DMA2D_INPUT_A8              ((uint32_t)0x00000009U)  /* A8       */