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標(biāo)題: TFT彩屏SPI驅(qū)動編程-基于STC32G12K128單片機(jī)的SPI_DMA功能的例程分享 [打印本頁]

作者: 麗江春水 時間: 2023-2-5 17:26
標(biāo)題: TFT彩屏SPI驅(qū)動編程-基于STC32G12K128單片機(jī)的SPI_DMA功能的例程分享
Spi接口的接線，分四線制和三線制，據(jù)說SPI協(xié)議沒有確定的文字規(guī)定，只有實事的實現(xiàn)方案，而行業(yè)內(nèi)的現(xiàn)狀則是眾說紛紜，我大概把它們分為兩類，一類是按實際用了幾條線實現(xiàn)傳輸，一類是按信號傳遞格式來劃分。具體到屏顯驅(qū)動來講，凡是接口有獨立的數(shù)據(jù)/命令（RS.DC.A0等叫法都有）接線的，屬于我們適用的范圍，具體用了幾條線，我數(shù)學(xué)不好，就不去數(shù)了。這不是說沒有數(shù)據(jù)/命令選擇線的不能用，反而是那種可能更有用這種驅(qū)動模式的需要，但我手里沒有這樣的屏，對不熟悉，沒驗證的東西，就不去評論了。
SPI接口的TFT彩屏在mcu工程里是常見的。其優(yōu)點是接線方便，占用IO       口少，色彩豐富。缺點是速度會慢些，一方面是因為彩屏顯示需要的數(shù)據(jù)量大，單色屏一個字節(jié)可以包涵8個點的顯示信息，而彩屏一個點就需要二個字節(jié)的信息。另一方面是它屬于串口傳輸，并口傳輸一次可以送出8到16位信息，而串口一次只能送出一位信息，信息量大加傳輸慢，就成了SPI接口彩屏的一個短板。特別是在屏的顯示點數(shù)多時，尤其明顯。
記得DMA技術(shù)剛問世時是用在PC機(jī)上，當(dāng)時經(jīng)銷商把它當(dāng)賣點，用戶則花錢買功能。只要花了錢，就能用上這個功能了。
但在mcu領(lǐng)域有些不同，DMA技術(shù)不僅需要芯片功能上支持，還需要技術(shù)人員愿意去用。一些學(xué)成的技術(shù)人員因為工作忙，面對的問題又能用傳統(tǒng)手段解決，使用DMA的動力就不足了。而新人由于感覺這東西有些難弄，也不愿用。
本文說的TFT彩屏SPI驅(qū)動的編程，是基于DMA功能的SPI彩屏驅(qū)動程序，因為SPI接口慢，所以使用DMA的意義更大。由于STC32G12K128芯片具有DAM功能，所以就以這個芯片為依托，寫了一組SPI接口的驅(qū)動程序，這個模式的程序，能加快刷屏速率，很大地提高芯片的工作效率。
下面先看一下SPI接口驅(qū)動中最基本的函數(shù)，數(shù)據(jù)傳送函數(shù)。分別是軟件模擬SPI傳送，硬件SPI數(shù)據(jù)傳送和基于SPI_DMA的數(shù)據(jù)傳送函數(shù)
第一個：軟件模擬SPI數(shù)據(jù)傳送函數(shù)
void transfer_data(unsigned int data1)//需要傳送命令時加DC=0
{
char i;
CS=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL=0;//sclk=0;
//delay(4);
if((data1&0x80)==0) SDA=0;//sid=1;
else SDA=1;//sid=0;
SCL=1;//sclk=1;
data1=data1<<=1;
// delay(4);
}
// CS=1;
}
第二個：硬件SPI數(shù)據(jù)傳送函數(shù)
void transfer_data(unsigned int data1)//需要傳送命令時加DC=0
{
CS=0;
SPSTAT=0xc0;
SPDAT=data1;
while(!SPIF);//等待發(fā)送完成
}
第三個：基于SPI_DMA的數(shù)據(jù)傳送函數(shù)
void transfer_data(unsigned int dat1)
      {
CS=0;
DMASPI_initial();//這一句不是必須的，為了保險，我喜歡加上這一句
      *(unsigned char *)(0x10000)=dat1;//待傳送數(shù)據(jù)送專用緩存區(qū)，就是buffer1
      DMA_SPI_CR=0xc1;//開始執(zhí)行，采用主機(jī)模式，并清空FIFO，
while(!(DMA_SPI_STA&0x01));
}
顯然，軟件模擬SPI傳送函數(shù)比較麻煩，速度也慢很多，但它的優(yōu)點是對mcu硬件依賴少，基本可以在任何IO口實現(xiàn)，所以屏的賣家愿意用它寫的測試驅(qū)動。
硬件SPI的數(shù)據(jù)傳送函數(shù)就很給力了。與SPI_DMA的數(shù)據(jù)傳送比，寫入數(shù)據(jù)后自動開始傳送，而后者寫入數(shù)據(jù)與啟動傳送是兩個語句，并且硬件SPI也是外設(shè)接口，就是說它運行時有相對的獨立性，對mcu的依賴較少，所以很棒，而基于SPI_DMA的數(shù)據(jù)傳送函數(shù)，語句多了，而且還要有專門緩沖區(qū)配合，在單個數(shù)據(jù)傳送上，不如硬件SPI的傳送函數(shù)便捷。
需要說明，基于DMA的SPI接口彩屏驅(qū)動，必須使用（開啟）硬件SPI功能。這是前提條件。
在具體的應(yīng)用中，傳送函數(shù)用硬件SPI的和用SPI_DAM的都可以，但既然硬件SPI的傳送函數(shù)很好用了，SPI_DMA的傳送函數(shù)寫出來更多是象征性的了。表示可行，但不表示必須用。SPI_DMA的長項在批量數(shù)據(jù)傳送上。
這里說了半天一是介紹一下情況，二是表明兩個函數(shù)的兼容性：
基于SPI_DMA數(shù)據(jù)傳送函數(shù)的程序，使用硬件SPI傳送函數(shù)都可以順暢運行
反過來
基于硬件SPI數(shù)據(jù)傳送函數(shù)的程序，在SPI_DMA傳送函數(shù)下不一定能運行
原因是緩沖區(qū)可能出問題。也可以說話程序?qū)懙牟粔蚝谩Ｎ冶M量采用SPI_DMA做依托寫函數(shù)，運行時使用硬件SPI支持。
下面是圖像顯示函數(shù)，這是SPI_DMA技術(shù)的強(qiáng)項。
void SPI_DMA_DISP(unsigned int x,unsigned int y,unsigned int x_width,unsigned int y_height,unsigned int total_num,unsigned int once_num,unsigned char *p,unsigned char *Q)
{
unsigned int ii,jj;
unsigned long kee;
unsigned char *kkee;
kkee=Q;//保存入口地址，方便指針復(fù)位時使用
lcd_address(x,y,x_width-1,y_height-1);//通知屏幕需要刷圖的位置，這個指令要盡量往前放，因為其中用到數(shù)據(jù)傳送，會影響傳送參數(shù)的設(shè)置。
kee=(unsigned long)(Q);//取緩沖區(qū)首地址的值，也就是打算發(fā)送給屏幕的數(shù)據(jù)源地址的值（緩沖區(qū)首地址是1：0000H。所以習(xí)慣用long類型變量）
DMA_SPI_TXAH=(kee)>>8;//把源地值高位賦給地址寄存器
DMA_SPI_TXAL=kee;//在xdata的起始地址01:0002H
DMA_SPI_AMTH=(once_num-1)>>8;
DMA_SPI_AMT=(once_num-1);
for(ii=0;ii<(total_num/once_num);ii++)//total_num/once_num必須是個整數(shù)，否則要做處理
{
for(jj=0;jj<once_num;jj++)//把要送屏的數(shù)據(jù)寫入指定的緩沖數(shù)組
{
*Q=*p;//傳送圖像數(shù)據(jù)，p指向code區(qū)的圖像數(shù)組，Q指向緩沖區(qū)buffer2
p++;
Q++;
}
      Q=kkee;//傳送一輪后，緩沖區(qū)指針復(fù)位。
      //把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送到屏上顯示
      DMA_SPI_STA=0;//清中斷標(biāo)志位及錯誤標(biāo)志位
      DMA_SPI_CR=0xc1;//開始執(zhí)行，采用主機(jī)模式，并清空FIFO，       while(!(DMA_SPI_STA&0x01));//等待吧。這時可以做其它事，比如去讀一個AD值，
}
DMASPI_initial();//這是多余的指令，原想加了它可以省去數(shù)據(jù)傳送函數(shù)中的初始化
}
程序的思路是設(shè)置了兩個指針，一個指向存放圖像信息數(shù)組的頭文件*p;一個指向緩沖區(qū)存放臨時數(shù)據(jù)*Q。后者也是向屏輸出圖像信息的源地址。緩沖區(qū)必須設(shè)在xdata區(qū)。由于空間限制，要分幾次才能傳輸完總數(shù)據(jù)。所以設(shè)置了總數(shù)據(jù)量和每次數(shù)據(jù)量這兩個參數(shù)。運行時先把數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)，再啟動SPI_DMA功能，把數(shù)據(jù)送屏顯示。完成一組再進(jìn)行第二組。直到全部傳送完。
程序的優(yōu)點是啟動SPI_DMA后，mcu基本處于空閑狀態(tài)，可以去做其它事了，傳送由外設(shè)自己管理，你只要不去干涉它用到的資源就好（相關(guān)總線，特別是緩沖區(qū)）也就是說在它完成任務(wù)前，不要下達(dá)與屏顯有關(guān)的指令。下一個SPI_DMA指令，也要在前面的確定執(zhí)行完后才能下達(dá)。
這個程序特點是每傳送完一輪，緩沖區(qū)指針Q都要復(fù)位一次，而p不需要，因為緩沖區(qū)是重復(fù)使用的。
這個程序能給mcu節(jié)省多少時間？我沒測量過，只是用delay();函數(shù)看了一下，要用多大的參數(shù)值，能保證SPI_DMA完成任務(wù)。就是使用延時函數(shù)替代程序中的等待查詢指令。看看需要多少延時能替代那個等待。
void delay(unsigned int ms)
{
int j,k;
for(j=0;j<ms;j++)
for(k=0;k<60;k++);
}
結(jié)果在delay(11111)時，圖像完全不顯示（說明傳送過程被完全打亂了），在delay(33333)時顯示基本正常了。我認(rèn)為，這就是SPI_DMA節(jié)省出來的時間，而且是一輪傳送節(jié)省的時間。120x120的圖像用了五輪傳送。
接下來是字模顯示函數(shù)。
先貼一個使用普通字模數(shù)組的字模顯示函數(shù)：
void word16x32_bydma_spi(unsigned int x,unsigned int y,unsigned char segin,int font_color,int back_color,char *Q)
{
unsigned char column=0;
unsigned char tm=0,temp;
unsigned long kee;
char *point;
char *kkee;
kkee=Q;//這是保留緩沖區(qū)指針初值
point=digit_code[segin];//把要顯示的數(shù)字(segin)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字模地址point
//先把字模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成屏顯所用數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)，因為寫入緩沖區(qū)是并行處理，且沒有其它操作。所以比寫屏快很多
for(column=0;column<64;column++)//字節(jié)數(shù)循環(huán)，逐個字節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
{
temp=*point;//*point是原字模數(shù)據(jù)指針，取出原字模數(shù)值
//把字節(jié)信息換算成屏需要的數(shù)據(jù)，送到緩沖區(qū)
for(tm=0;tm<8;tm++)
{
if(temp&0x01)//注意這是低位先出模式，如果與字模不符，可以考慮改為高位先出模式
{
*Q=(font_color>>8);//Q是緩沖區(qū)指針
Q++;
*Q=(font_color);
Q++;
}
else
{
*Q=(back_color>>8);
Q++;
*Q=(back_color);
Q++;
}
temp>>=1;
}
  point++;
}
//開始刷屏，因為由DMA_SPI操作，基本不需要占用mcu時間。
lcd_address(x,y,x+15,y+31);
kee=(unsigned int)(kkee);//取緩沖區(qū)首地址的值，也就是打算發(fā)送給屏幕的數(shù)據(jù)源地址的值
DMA_SPI_TXAH=(kee)>>8;//把源地值高位賦給地址寄存器
DMA_SPI_TXAL=kee;//地址是xdata的起始地址
DMA_SPI_AMTH=3;//0x03,表示的傳送總數(shù)據(jù)量是3ffh+1,也就是1024
DMA_SPI_AMT=255;//0xff
Q=kkee;//緩沖區(qū)指針復(fù)位
DMA_SPI_STA=0;//清中斷標(biāo)志位及錯誤標(biāo)志位
DMA_SPI_CR=0xc1;//開始執(zhí)行，采用主機(jī)模式，并清空FIFO，這句明顯要跟著程序走的
while(!(DMA_SPI_STA&0x01));//等待吧。這時可以做其它事
DMASPI_initial();//
}
字模顯示函數(shù)的編寫思路是，字模數(shù)組放在code區(qū)的頭文件數(shù)組中。使用時查到需要字模，讀取后轉(zhuǎn)換成屏顯需要的數(shù)據(jù)，再存到緩沖區(qū)。然后開啟SPI_DMA刷到屏幕上。讀取和轉(zhuǎn)換程序與其它人寫的程序一樣，照抄的。區(qū)別就是轉(zhuǎn)換完后不是直接送屏顯示，而是送到了緩沖區(qū)，再由SPI_DMA統(tǒng)一送屏。SPI_DMA刷屏則與前面的圖像顯示一樣。這個函數(shù)的優(yōu)點是不需要專門制作字模，過去的字模軟件可以直接用（臉紅的說一句，我沒用過硬件字庫）。
既然用了SPI_DMA，就會考慮能不能最大限度的發(fā)揮其作用，于是寫了一個SPI_DMA專用的字模顯示程序。由于沒有準(zhǔn)備字模，又寫了一個專用字模數(shù)據(jù)的生成函數(shù)。生成專用字模后，放在緩沖區(qū)，就可以由專用顯示函數(shù)使用了。
void matrix_produce8x16(unsigned int font_color,unsigned int back_color)
{
char *Q;
unsigned char *point;
unsigned char column;
unsigned char temp,tm;
Q=&buffer3[0][0];//緩沖指針指向數(shù)字字模專用緩沖區(qū)buffer3
point=&number0_9_8x16[0][0];//8x16數(shù)字字模數(shù)組
for(column=0;column<160;column++)//字節(jié)數(shù)循環(huán)，逐個字節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
{
temp=*point;//*point是原字模數(shù)據(jù)指針，取出原字模數(shù)值
//把字節(jié)信息換算成屏需要的數(shù)據(jù)，送到緩沖區(qū)
for(tm=0;tm<8;tm++)
{
if(temp&0x01)//注意這是低位先出模式，如果與字模不符，可以考慮改為高位先出模式
{
*Q=(back_color>>8);//Q是緩沖區(qū)指針
Q++;
*Q=(back_color);
Q++;
}
else
{
*Q=(font_color>>8);
Q++;
*Q=(font_color);
Q++;
}
temp>>=1;
}
point++;
}
DMASPI_initial();//
}
專用字模顯示函數(shù)其實就是把普通字模全部轉(zhuǎn)換成顯示所用的字模數(shù)據(jù)，放在緩沖區(qū)專用位置，供需要時讀取使用，由于緩沖區(qū)空間有限，只能供占空間不大，需要頻繁調(diào)用的字模采用。例程中是把0-9這十個8x16的數(shù)字轉(zhuǎn)換進(jìn)去了。屏幕上很小的那個字就是用它顯示的。
下面是專用字模調(diào)用程序
void word8x16_bydma_spi(unsigned int x,unsigned int y,unsigned char segin)
{
unsigned long kee;
lcd_address(x,y,x+7,y+15);
kee=(unsigned long)(&buffer3[segin][0]);//取緩沖區(qū)首地址的值，也就是打算發(fā)送給屏幕的數(shù)據(jù)源地址的值
DMA_SPI_TXAH=(kee)>>8;//把源地值高位賦給地址寄存器
DMA_SPI_TXAL=kee;//地址是xdata中對應(yīng)數(shù)字的起始地址
DMA_SPI_AMTH=0;//0x00,表示的傳送總數(shù)據(jù)量是ffh+1,也就是256
DMA_SPI_AMT=255;//0xff
DMA_SPI_STA=0;//清中斷標(biāo)志位及錯誤標(biāo)志位
DMA_SPI_CR=0xc1;//開始執(zhí)行，采用主機(jī)模式，并清空FIFO，
while(!(DMA_SPI_STA&0x01));//等待吧。這時可以做其它事，             DMASPI_initial();//冗余指令
}
這程序不僅形式上簡潔多了，速度也快，特別是極少使用mcur 。
有了圖像和字符顯示，缺少的就是曲線了。橫平豎直的線太容易，不想寫了。曲線由于個人水平原因，沒找到能提高效率的思路，只好作罷。
使用SPI_DMA技術(shù)，最大的不同在于要規(guī)劃和使用緩沖區(qū)。就是xdata區(qū)的那些空間，
我為了做驗證，在例程中設(shè)了三個數(shù)組，做為緩沖區(qū);buffer1兩個字節(jié)，作用是占位，在整個程序中沒有出現(xiàn)調(diào)用它的指令，占位的意思是不讓其它函數(shù)使用這個空間，留給數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)專用，（其實這樣做是沒必要的，只是驗證實驗中期望把數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)效率做到最高，才給它留了一個最佳緩沖地址）c251內(nèi)存空間是自動安排的，不占位的話其它程序可能會來使用，使整個程序亂序。數(shù)據(jù)傳送函數(shù)使用buffer1時的語句是：
      *(unsigned char *)(0x10000)=dat1;//待傳送數(shù)據(jù)送專用緩存區(qū)，就是buffer1
這樣做是因為buffer1要占住位置，只能設(shè)置在mai.c程序的模塊里，而我采用模塊化編程，數(shù)據(jù)傳送函數(shù)是在驅(qū)動模塊中的。這時不方便用數(shù)組名buffer1訪問。
第二個數(shù)組buffer2用了5600字節(jié)用來臨時存放傳送的圖像數(shù)據(jù)，其實實際使用時臨時數(shù)據(jù)是5760字節(jié)，超過了安排的緩沖區(qū)，也就是侵占了后面的空間，例程中用做開機(jī)圖像傳送時，后面的緩沖區(qū)還沒使用，所以侵占一下也沒什么。但如果后面的用上了。侵占就導(dǎo)致后面的數(shù)據(jù)錯誤。這也是使用指針的優(yōu)點。
第三個數(shù)組是buffer3,安排了2560字節(jié)，用來放10個8x16數(shù)字的顯示數(shù)據(jù)，每個占256字節(jié)。使顯示速度達(dá)到最快。實際應(yīng)用中如果有需要頻繁刷屏的字符，可以采用這種模式處理。
Buffer3定義的是一個二維數(shù)組，寫入數(shù)據(jù)時只當(dāng)一維數(shù)組，按順序?qū)懀x出時按二維讀。編程方便許多。
例程中常規(guī)字模顯示函數(shù)用了buffer3做緩沖區(qū)，這會影響專用字模顯示功能的使用，實際上常規(guī)字模顯示應(yīng)該使用buffer2,但技術(shù)原因有不方便之處，做為實驗使用，就保留了這個失誤，這樣常規(guī)顯示和專用字模顯示只能保留一個了（因為它們的緩沖區(qū)設(shè)重復(fù)了）
在例程中有開啟高速高級SPI的語句（在mcu設(shè)置函數(shù)mcu_initial.c里）
CLKSEL &= ~0x80; //默認(rèn)選擇 PLL 的 96M 作為 PLL 的輸出時鐘
USBCLK |= 0x20; //PLL 輸入時鐘 2 分頻 ,因為stc-isp設(shè)定頻率為24M
USBCLK |= 0x80; //使能 PLL 倍頻
delay(222);//等待PLL鎖頻
CLKSEL &= ~0x40; //默認(rèn) HSPWM/HSSPI 選擇主時鐘為時鐘源
HSCLKDIV = 0; //HSPWM/HSSPI 時鐘源不分頻
可以屏蔽掉，看一下對比效果。
例程驗證時使用的是STC32G12K128DIP40芯片，焊了一個小洞洞板。
FTF彩屏使用的是128x128分辨率。0.85吋，我手里大點的屏都是并口的。
調(diào)試中使用了STC-USB LINK1D硬件仿真器，個頭不大，但很給力。讓我這個第一次玩DMA的人能清楚地看到問題出在哪里，程序卡在哪里。對癥處理，節(jié)約了N多時間。
程序主要內(nèi)容和編程思路已經(jīng)說完了。完整的程序放在附件中可以下載查看。歡迎指導(dǎo),歡迎吐槽。
分享這個程序的目的是希望使用mcu芯片的朋友們能更好的使用DMA功能，更多地發(fā)揮出它的應(yīng)有效能。也為初學(xué)的朋友們提供一個實例借鑒。mcu技術(shù)的發(fā)展越來越復(fù)雜，例程對學(xué)習(xí)者的作用是不能低估的。

Q1.jpg (561.15 KB, 下載次數(shù): 143)

Q2.jpg (314.3 KB, 下載次數(shù): 149)

Q3.jpg (290.59 KB, 下載次數(shù): 122)

imagination.zip

289.36 KB, 下載次數(shù): 78, 下載積分: 黑幣 -5

附件內(nèi)為代碼

作者: heicad 時間: 2023-2-6 12:34
你好樓主,,此代碼編譯出現(xiàn):Error: Project 'imagination' requires 'C251' Toolchain which is not installed.

作者: 麗江春水 時間: 2023-2-6 13:23

heicad 發(fā)表于 2023-2-6 12:34
你好樓主,,此代碼編譯出現(xiàn):Error: Project 'imagination' requires 'C251' Toolchain which is not install ...

是不是你沒使用c251呀？

作者: dgyjh 時間: 2023-2-16 13:40
我就不明白，究竟是16位還是32位的，用C251的編譯器，按16位來編譯，怎么樣體現(xiàn)它是32位的，ACC和內(nèi)部總線是32位的嗎？還是讀一個32位的數(shù)要分2次讀？？

作者: 麗江春水 時間: 2023-2-17 12:59
這個問題與本程序無關(guān)。是廠家應(yīng)該說明的，我看到他們說的是這款芯片是32位的8051，至于各種總線的位數(shù)，在數(shù)據(jù)手冊里有具體說明，我記不太住，有興趣可以去看官方數(shù)據(jù)手冊，大概記得有些功能是32位，有些24位，有些8位。畢竟一組IO是8位，8位用著方便，但也有些32位的功能支持。我感興趣的是價格與功能符合我的需要，就選擇了它。

作者: weijoyer 時間: 2023-3-21 19:09

heicad 發(fā)表于 2023-2-6 12:34
你好樓主,,此代碼編譯出現(xiàn):Error: Project 'imagination' requires 'C251' Toolchain which is not install ...

缺少251的編譯器

作者: reking8 時間: 2023-9-1 18:05
這個芯片需要下載keil的 c251 版本

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