第41章 STM32F429的LTDC应用之LCD汉字显示和2D图形显示

41.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第40章，需要对LTDC的基础知识和HAL库的几个常用API有个认识。

本章的第4小节LCD驱动设计非常重要。

如果自己观察的话，LCD上电会有一个瞬间高亮的问题，在此贴进行了描述：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=82619 。这个解决方案已经应用到本章配套的例子上。

本章节用到的汉字方案会在下章专门为大家讲解，下面是小字库的制作方法：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=202 。

调试状态或者刚下载LCD的程序到里面，屏幕会抖动，这个是正常现象，之前F429就有这个问题，详情看此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=16892 。

41.2 LCD相关的基础知识

41.2.1 显示屏相关知识

显示屏的结构有必要给大家普及下，这里我们通过如下三种类型的显示屏进行说明，基本已经涵盖我们常用的方式了。

RA8875 + RGB接口裸屏

首先RA8875是一个显示屏控制器，自带显存，它的作用就是让不支持RGB接口的MCU也可以使用RGB接口的大屏。这起到了一个桥接的作用，可以将RGB接口屏转换成8080总线接口、SPI接口或者I2C接口方式。这种情况下，甚至低速的51单片机都可以外接大屏了。另外像SSD1963也是同样的作用。

ili9488类显示屏

这种类型是把显示控制器和显示屏都集成好了，支持8080总线接口，有些还支持SPI或者I2C接口，而且显存也都集成了，不过主要是驱动一些小屏。像ili9341，ili9326，SPFD5420等也是一样的。此外还要注意，部分这种类型显示屏也是支持RGB接口的，像ST官方的STM32F429探索板外接的ili9431就是用的RGB接口。

STM32F429 + SDRAM + RGB接口裸屏

这个是我们本章节要讲解的，STM32F429是自带LCD控制器的，再配合SDRAM作为显示屏的显存，整体作用跟RA8875是一样的，可以直接外接RGB接口的屏了。

有了这些认识后，对于裸屏还有些知识点需要了解。首先，裸屏本身不是什么控制芯片都没有，其构成也是比较复杂的，有兴趣了解的话，可以搜索关键字“TFT结构”进行学习。其次，TFT裸屏中主要的两个IC是Gate Driver IC和Source Driver IC，这两个IC的引脚都超级多，基本都是几百个引脚。最后，不管使用的哪种裸屏，一般都有规格书，会给出时序参数，这个在配置STM32H7的LTDC时要用到，如果规格书没有直接给出时序参数，则会给出使用的Driver IC型号，用户可以搜索此Driver IC的手册，在手册中会给出。

为了让大家有个感性认识，我们来看一看TFT裸屏的实际效果，下面是SPDF5420显示屏，400*240分辨率：

下面是TFT裸屏，480*272分辨率：

下面是TFT裸屏，800*480分辨率：

41.2.2        电阻触摸和电容触摸相关知识

有了TFT裸屏后还要配套电阻触摸板或者电容触摸板才可以获取触摸信息。触摸板是贴到TFT屏上面的，然后再通过电阻触摸芯片就可以获取电阻触摸板的信息，通过电容触摸芯片采集电容触摸板的信息。教程配套开发板的显示屏使用了三种触摸IC，电阻触摸IC是STMPE811，电容触摸IC是GT811和FT5X06。其中，电阻触摸和电容触摸两者的区别是初学者务必要知道的：

  电阻触摸芯片STMPE811其实就是ADC，返回的是ADC数值，而电容触摸芯片GT811，GT911和FT5X06返回的是显示屏实际的坐标值。

  使用电阻触摸芯片STMPE811需要做触摸校准，而使用电容触摸芯片GT811，GT911和FT5X06是自动校准的，无需手动校准。

下面是四线电阻触摸板的效果：

下面是电容触摸板的效果：

了解了这些知识，基本已经够我们本章节使用了，更多电阻触摸和电容触摸的相关知识可以看这个文档，讲解比较全面：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=14898 。

41.3 LCD硬件设计

下面是RGB888硬件接口的原理图，STM32-V6开发板制作了三个硬件接口。

  加高2层的双排母接口

  2.54mm的排针接口

  FPC软排线接口方式

了解了原理图后，再来看下实际的接口效果：

通过上面的原理图，我们要了解以下几个问题：

  V6开发板采用的是RGB888硬件接口，也许大家会问ARGB8888这种颜色格式怎么用于这种接口？Alpha通道是软件编程的时候用的，用于设置透明度，透明度会反应到RGB颜色值上。

  STM32F429支持的8种颜色格式都可以在RGB888硬件接口上实现。

  如果大家用的是16位色的RGB565颜色格式，那么仅需用到LCD_R[7:3]、LCD_G[7:2] 和 LCD_B[7:3]引脚即可，没有用到的引脚可以继续用作其它功能。

41.4 LCD驱动设计

下面将程序设计中的相关问题逐一为大家做个说明。

41.4.1 第1步，LTDC显存使用SDRAM

设计LTDC驱动前，要先保证显存可以正常使用，V6开发板用的外部SDRAM作为显存。所以一定要保证SDRAM大批量读写数据时是正常的，SDRAM的测试可以自己专门做一个工程测试下。对于SDRAM的驱动实现，可以学习本教程第39章。不管你使用的是镁光的，海力士的，三星的，ISSI的或者华邦的，实现方法基本都是一样的。

V6开发板使用镁光的32位带宽、16MB的SDRAM，如果想最大限度的发挥STM32F429驱动SDRAM的性能，强烈建议使用32位带宽的SDRAM，或者两个16位SDRAM组成32位带宽的SDRAM也是可以的。那SDRAM主要起到什么作用呢？作用有二：

  用作显示屏的显存

STM32F429的LTDC外接RGB接口屏是没有显存的，所以需要SDRAM用作显存。如果用户选择STM32F429 LTDC的颜色格式是32位色ARGB8888，那么所需要显存大小（单位字节）是：显示屏宽 * 显示屏高 * （32/8）, 其中32/8是表示这种颜色格式的一个像素点需要4个字节来表示。又比如配置颜色格式是16位色的RGB565，那么需要的显存大小是：显示屏宽 * 显示屏高 * （16/8），其中16/8是表示这种颜色格式的一个像素点需要2个字节来表示。其它的颜色格式，依此类推。

  用作GUI动态内存

如果想要实现炫酷效果，GUI是极其消耗动态内存的，所以用户可以将SDRAM除了用于显存以外的所有内存全部用作GUI动态内存。

如果SDRAM的驱动测试已经没有问题了，就可以将其添加到工程里面了，V6使用的SDRAM驱动文件是bsp_fmc_sdram.c。图层1占用2MB，图层2占用2MB，最后12MB可做其它使用。也许会有初学者会问，每个图层分配2MB是不是有些多了？实际上不多的，因为我们要让不同的颜色格式都通用，这里分配2MB的话，教程实例使用很方便。大家实际项目中的使用可以配置成实际大小。具体的配置如下，详情见bsp_fmc_sdram.h文件：

#define EXT_SDRAM_ADDR      ((uint32_t)0xC0000000)

#define EXT_SDRAM_SIZE        (16 * 1024 * 1024)

/* LCD显存,第1页, 分配2M字节 */

#define SDRAM_LCD_BUF1         EXT_SDRAM_ADDR

/* LCD显存,第2页, 分配2M字节 */

#define SDRAM_LCD_BUF2        (EXT_SDRAM_ADDR + SDRAM_LCD_SIZE)

#define SDRAM_LCD_SIZE        (2 * 1024 * 1024)        /* 每层2M */

#define SDRAM_LCD_LAYER        2                    /* 2层 */

/* 剩下的12M字节，提供给应用程序使用 */

#define SDRAM_APP_BUF        (EXT_SDRAM_ADDR + SDRAM_LCD_SIZE * SDRAM_LCD_LAYER)

#define SDRAM_APP_SIZE        (EXT_SDRAM_SIZE - SDRAM_LCD_SIZE * SDRAM_LCD_LAYER)

41.4.2 第2步，LTDC涉及到的引脚配置

本章第3小节用到了哪些引脚，这些引脚全部要做初始化，初始化时别忘了初始化引脚对应的时钟：

static void LCDF4_ConfigLTDC(void)

{  

    /* 配置LCD相关的GPIO */

    {

        /* GPIOs Configuration */

        /*

        +------------------------+-----------------------+----------------------------+

        +                       LCD pins assignment                                   +

        +------------------------+-----------------------+----------------------------+

        |  LCD429_TFT R0 <-> PI.15  |  LCD429_TFT G0 <-> PJ.07 |  LCD429_TFT B0 <-> PJ.12      |

        |  LCD429_TFT R1 <-> PJ.00  |  LCD429_TFT G1 <-> PJ.08 |  LCD429_TFT B1 <-> PJ.13      |

        |  LCD429_TFT R2 <-> PJ.01  |  LCD429_TFT G2 <-> PJ.09 |  LCD429_TFT B2 <-> PJ.14      |

        |  LCD429_TFT R3 <-> PJ.02  |  LCD429_TFT G3 <-> PJ.10 |  LCD429_TFT B3 <-> PJ.15      |

        |  LCD429_TFT R4 <-> PJ.03  |  LCD429_TFT G4 <-> PJ.11 |  LCD429_TFT B4 <-> PK.03      |

        |  LCD429_TFT R5 <-> PJ.04  |  LCD429_TFT G5 <-> PK.00 |  LCD429_TFT B5 <-> PK.04      |

        |  LCD429_TFT R6 <-> PJ.05  |  LCD429_TFT G6 <-> PK.01 |  LCD429_TFT B6 <-> PK.05      |

        |  LCD429_TFT R7 <-> PJ.06  |  LCD429_TFT G7 <-> PK.02 |  LCD429_TFT B7 <-> PK.06      |

        -------------------------------------------------------------------------------

        |  LCD429_TFT HSYNC <-> PI.12  | LCDTFT VSYNC <->  PI.13 |

        |  LCD429_TFT CLK   <-> PI.14  | LCD429_TFT DE   <->  PK.07 |

        -----------------------------------------------------

        */    

        GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_Structure;

        /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks #################################*/  

        /* 使能LTDC时钟 */

        __HAL_RCC_LTDC_CLK_ENABLE();

        /* 使能GPIO时钟 */

        __HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();

        __HAL_RCC_GPIOJ_CLK_ENABLE();

        __HAL_RCC_GPIOK_CLK_ENABLE();

        /* GPIOI 配置 */

        GPIO_Init_Structure.Pin       = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15; 

        GPIO_Init_Structure.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;

        GPIO_Init_Structure.Pull      = GPIO_NOPULL;

        GPIO_Init_Structure.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

        GPIO_Init_Structure.Alternate = GPIO_AF14_LTDC;  

        HAL_GPIO_Init(GPIOI, &GPIO_Init_Structure);

        /* GPIOJ 配置 */  

        GPIO_Init_Structure.Pin       = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 |

                                      GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7 |

                                      GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11 |

                                      GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15; 

        GPIO_Init_Structure.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;

        GPIO_Init_Structure.Pull      = GPIO_NOPULL;

        GPIO_Init_Structure.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

        GPIO_Init_Structure.Alternate = GPIO_AF14_LTDC;  

        HAL_GPIO_Init(GPIOJ, &GPIO_Init_Structure);  

        /* GPIOK 配置 */  

        GPIO_Init_Structure.Pin       = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 |

                                      GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; 

        GPIO_Init_Structure.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;

        GPIO_Init_Structure.Pull      = GPIO_NOPULL;

        GPIO_Init_Structure.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;

        GPIO_Init_Structure.Alternate = GPIO_AF14_LTDC;  

        HAL_GPIO_Init(GPIOK, &GPIO_Init_Structure);      

    }

   /* 其它省略未写 */

}

41.4.3 第3步，LTDC时钟和时序配置

LTDC时序配置主要分三步就可以完成：

行同步，场同步和DE的极性配置。

CLK时钟配置。

时序参数配置。

下面将这三点分别做个说明：

  行同步，场同步和DE的极性配置

这里以V6开发板7寸RGB屏使用的source driver ic OTA7001为例进行说明（手册下载地址：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=18528）。

这几项配置要看OTA7001手册上面的时序图，对于DE模式，行同步和场同步的极性配置为高或者为低均可。因为我们这里使用的就是DE模式，所以主要配置DE的极性。这里要特别注意一个小问题，看时序图是DE高电平时数据有效，但是配置的时候要设置为低电平才可以。

下面的是V6开发板配套的7寸裸屏使用的source driver ic OTA7001的时序图：