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隨著人機界面(GUI)在醫療、工業以及消費電子各應用領域需求的日益增長,高集成度、高性能的TFT 液晶顯示方案成為電子產品設計開發的重要組成部分。在無內置液晶控制器的情況下,單片機與具有內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據傳輸速度,難以支持較高的顯示分辨率和畫面質量。 意法半導體推出了基于ARM Cortex-M4 內核的STM32F4x9 微處理器,借助內置的LCD-TFT 顯示控制器和Chrom-ARM 圖形加速器,使SVGA 高分辨率和高品質顯示畫面質量成為可能。本文圍繞STM32F4x9 微控制器完成了液晶顯示的硬件設計,并介紹了基于這一硬件平臺以及STemWin 的軟件應用開發。 1 基于STM32F4x9 的LCD 顯示系統架構 電子系統中液晶顯示的性能不僅取決于微控制器內置LCD TFT 液晶控制器的驅動能力,通常包括對最大顯示分辨率、屏幕刷新速度以及像素數據格式的支持,同樣取決于數據在存儲器和液晶控制器之間的傳輸能力和顯示圖像數據處理的靈活性。 1 .1 基于STM32F4x9 的LCD 顯示系統 STM32F4x9 為設計者提供了由包括ARM Cortex-M4 內核、Chrom-ART 圖形加速器、LCD-TFT 液晶控制器的總線控制器,以及內部Flash、RAM 和外部SDRAM 組成的存儲器共同構成的LCD 顯示系統架構。參照圖1,Chrom-ART 加速器與LCD-TFT 控制器能夠協同完成圖像的處理,包括像素格式轉換、兩層圖像混合等,并將位于外部SDRAM 中的顯示幀緩存數據傳送到連接在LCD-TFT 控制器的液晶屏上。 圖1 STM32F4x9 LCD 顯示系統架構 舉例來說,Chrom-ART 加速器能夠將存儲在內部Flash 中的圖形元素經處理后傳送到內部RAM,并進一步在外部SDRAM 中創建顯示幀緩存,并刷新顯示內容。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 控制器結構及功能 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換單元轉換為同樣的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,并經由抖動單元將最終顯示數據傳遞到液晶屏。LCD TFT 控制器與液晶屏之間的數據傳輸由24 位數據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 和數據使能信號LCD_DE 完成。 圖2 LCD TFT 控制器結構及功能 1 .3 Chrom-ART 圖形加速器結構 及功能 系統中的另一個AHB 總線控制器Chrom-ART 圖形加速器是專用的圖形顯示處理DMA。它能夠將源圖像的部分或整體復制到目標圖像,并同時完成圖像像素格式的轉換。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 圖形加速器結構及功能 2 STM32F4x9 LCD-TFT 接口硬件設計 STM32F4x9 LCD-TFT 控制器提供并行24 位RGB 數字接口(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 和數據使能信號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,每一顏色的高位數據線必須與所擴展的液晶屏相連。舉例來說,如圖4所示, 在STM32439IEVAL 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。 圖4 STM323x9I EVAL LCD 硬件接口設計 可見基于STM32F4x9 控制器,可以非常方便地構建由直連到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。 3 圖形棧軟件庫STemWin 免費STemWin 圖形軟件包是意法半導體與Segger的合作開發成果,基于Segger 的經過市場檢驗的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 設計工具支持高性能GUI 開發。 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,并支持專業的開發工具GUIbuilder,從而實現簡單的拖放動作。 結語 基于內置的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微控制器使得構建移動便攜設備中的LCD 顯示系統變得更為簡單、靈活。 |
