邵青 博士

意法半導體(中國)投資有限公司

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基于STM32F4x9的LCD顯示設(shè)計方案

邵青 博士

意法半導體(中國)投資有限公司

引 言

隨著人機界面(GUI)在醫(yī)療、工業(yè)以及消費電子各應(yīng)用領(lǐng)域需求的日益增長，高集成度、高性能的TFT液晶顯示方案成為電子產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的重要組成部分。在無內(nèi)置液晶控制器的情況下，單片機與具有內(nèi)置控制器的液晶板之間往往采用串行或并行的總線接口連接，受限于連接總線的數(shù)據(jù)傳輸速度，難以支持較高的顯示分辨率和畫面質(zhì)量。

意法半導體推出了基于ARM Cortex-M4 內(nèi)核的STM32F4x9微處理器，借助內(nèi)置的LCD-TFT顯示控制器和Chrom-ARM圖形加速器，使SVGA高分辨率和高品質(zhì)顯示畫面質(zhì)量成為可能。本文圍繞STM32F4x9微控制器完成了液晶顯示的硬件設(shè)計，并介紹了基于這一硬件平臺以及STemWin的軟件應(yīng)用開發(fā)。

1 基于STM32F4x9的 LCD顯示系統(tǒng)架構(gòu)

電子系統(tǒng)中液晶顯示的性能不僅取決于微控制器內(nèi)置LCD-TFT液晶控制器的驅(qū)動能力，通常包括對最大顯示分辨率、屏幕刷新速度以及像素數(shù)據(jù)格式的支持，同樣取決于數(shù)據(jù)在存儲器和液晶控制器之間的傳輸能力和顯示圖像數(shù)據(jù)處理的靈活性。

1.1 基于STM32F4x9的 LCD顯示系統(tǒng)

STM32F4x9為設(shè)計者提供了由包括ARM Cortex-M4內(nèi)核、Chrom-ART圖形加速器、LCD-TFT液晶控制器的總線控制器，以及內(nèi)部Flash、RAM和外部SDRAM組成的存儲器共同構(gòu)成的LCD顯示系統(tǒng)架構(gòu)。參照圖1，Chrom-ART加速器與LCD-TFT控制器能夠協(xié)同完成圖像的處理，包括像素格式轉(zhuǎn)換、兩層圖像混合等，并將位于外部SDRAM中的顯示幀緩存數(shù)據(jù)傳送到連接在LCD-TFT控制器的液晶屏上。

圖1 STM32F4x9 LCD顯示系統(tǒng)架構(gòu)

舉例來說，Chrom-ART加速器能夠?qū)⒋鎯υ趦?nèi)部Flash中的圖形元素經(jīng)處理后傳送到內(nèi)部RAM，并進一步在外部SDRAM中創(chuàng)建顯示幀緩存，并刷新顯示內(nèi)容。之后LCD-TFT液晶控制器將完成從外部SDRAM到LCD顯示屏的圖像傳輸。

1.2 LCD-TFT控制器結(jié)構(gòu)及功能

作為AHB總線控制器，LCD-TFT控制器具有兩個專用FIFO用來分別從存儲器中傳輸兩層顯示圖像，并由獨立的像素格式轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為同樣的ARGB8888顏色格式，由此支持包括RGB888、RGB565、ARGB1555、ARGB4444、L8、AL44、AL88在內(nèi)的多種像素格式。如圖2所示，混合單元負責將同樣格式的兩層圖像連同背景色混合在一起，并經(jīng)由抖動單元將最終顯示數(shù)據(jù)傳遞到液晶屏。LCD-TFT控制器與液晶屏之間的數(shù)據(jù)傳輸由24位數(shù)據(jù)R[0..7]、G[0..7]、B[0..7]，行列同步信號LCD_HSYNC, LCD_VSYNC，時鐘信號LCD_CLK和數(shù)據(jù)使能信號LCD_DE完成。

圖2 LCD-TFT控制器結(jié)構(gòu)及功能

1.3 Chrom-ART圖形加速器結(jié)構(gòu)及功能

系統(tǒng)中的另一個AHB總線控制器Chrom-ART圖形加速器是專用的圖形顯示處理DMA。它能夠?qū)⒃磮D像的部分或整體復(fù)制到目標圖像，并同時完成圖像像素格式的轉(zhuǎn)換。如圖3所示，Chrom-ART加速器同樣可以完成前景和背景圖像的混合處理并允許指定輸出圖像的像素格式。基于Chrom-ART加速器強有力的支持和靈活運用，將大幅降低圖像處理的CPU負荷。

圖3 Chrom-ART圖形加速器結(jié)構(gòu)及功能

2 STM32F4x9 LCD-TFT 接口硬件設(shè)計

圖4 STM323x9I-EVAL LCD硬件接口設(shè)計

STM32F4x9 LCD-TFT控制器提供并行24位RGB數(shù)字接口(LCD_R[0..7], LCD_G[0..7], LCD_B[0..7])，行列同步信號LCD_HSYNC和LCD_VSYNC，以及時鐘LCD_CLK和數(shù)據(jù)使能信號LCD_DE，可以方便地與各種不同的LCD顯示屏直接連接。

在STM32429I-EVAL和STM32439I-EVAL評估板上分別實現(xiàn)了24位和18位寬度RGB接口的液晶顯示擴展。需要指出的是，當需擴展液晶顯示屏的接口寬度小于24位，為RGB565或RGB666時，每一顏色的高位數(shù)據(jù)線必須與所擴展的液晶屏相連。舉例來說，如圖4所示,在STM32439I-EVAL評估板上將液晶控制器的R[2..7],G[2..7], B[2..7]信號分別與液晶屏上R[0..5],G[0..5], B[0..5]相連。

可見基于STM32F4x9控制器，可以非常方便地構(gòu)建由直連到TFT-LCD控制器的液晶板和外接到FMC的外部SDRAM組成的液晶顯示硬件系統(tǒng)。

該硬件設(shè)計文檔已經(jīng)公開發(fā)布在意法半導體官方網(wǎng)站，供廣大用戶參考：

http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/LN1199/PF259093#

http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/LN1199/PF259094#

3 圖形棧軟件庫STemWin

免費STemWin圖形軟件包是意法半導體與Segger的合作開發(fā)成果，基于Segger的經(jīng)過市場檢驗的emWin嵌入式圖形軟件包。STemWin利用意法半導體STM32F4微控制器內(nèi)置的LCD-TFT控制器和Chrom-ART加速器大幅提高圖形處理性能，配備的PC設(shè)計工具支持高性能GUI開發(fā)。

STemWin圖形軟件包支持JPG，GIF和PNG解碼，隨包攜帶的窗口小部件使得建立簡單的GUI更為快速、便捷，并支持專業(yè)的開發(fā)工具GUIbuilder, 從而實現(xiàn)簡單的拖放動作。

結(jié) 語

基于內(nèi)置的LCD-TFT控制器，Chrom-ART圖形加速器和FMC外部SDRAM控制器，意法半導體的STM32F4x9微控制器使得構(gòu)建移動便攜設(shè)備中的LCD顯示系統(tǒng)變得更為簡單、靈活。

[1] STM32F405xx/07xx, STM32F415xx/17xx, STM32F42xxx and STM32F43xxx advanced ARM-based 32-bit MCUs reference manual. Rev.6,2014.

[2] STM32429I-EVAL evaluation board for the STM32F429 line user manual. Rev.1,2013.

[3] STM32439I-EVAL evaluation board for the STM32F439 line user manual. Rev.1,2013.

[4] Getting started with STemWin Library. Rev.1,2013.

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