海东青电子
2019.11.13 23:40:05字数 2,635阅读 3,102
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（实例代码下载地址：https://github.com/haidongqing/ltdc-demo）
LTDC是一种显示接口，主要被MCU用来连接TFT屏，这也是Lcd-Tft Display Controller（LTDC）的本意。各种常用的显示接口请参见这篇文章：《各种显示接口DBI、DPI、LTDC、DSI、FSMC》（向原作者致意！），文中详细描述了3大类显示接口：DBI、DPI和DSI。LTDC属于DPI（display pixel interface，显示像素接口，也称RGB接口），它不断地向显示器（TFT液晶屏）发送图像数据（即：不断刷新），液晶屏不需要具备显存，显存在MCU一端（片内RAM或外扩RAM）。可以直观地认为LTDC就是PC上的“显卡”。
液晶屏上的像素点是一行、一行地显示出来的，扫描到最后一行后，再回到第一行扫描，如此循环往复，很像VGA显示器的工作模式。
图一 VGA显示器
而且，LTDC的信号时序确实沿用了VGA的术语，为了便于理解LTDC的时序参数如何设置，先来看看关于传统的VGA的信号时序：《VGA原理详解》（向原作者致意！）。核心概念如下：
“显示器的扫描方式：扫描从屏幕左上角一点开始，从左向右逐点扫描。每扫描完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行同步；当扫描完所有的行，形成一帧，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕左上方，同时进行场消隐，开始下一帧。
从扫描方式中我们知道，行同步，场同步以及消隐区的概念。回到时钟上来。以行扫描为例子，在一行中由于需要行消隐，所以要求一定的时钟周期用于行消隐，当然也有行同步信号。”
图二
上图中，1-6处是重点，是LTDC的主要参数，后面将详述。LTDC的功能框图：
图三
LTDC的信号可以分为两类：4个控制信号（像素时钟LCD_CLK、水平同步HSYNC、垂直同步VSYNC、数据有效DE）和3个RGB数据信号（8-bit x 3）。LTDC与液晶面板之间的通讯是“同步的”，受LCD_CLK的控制。STM32F746G-DISCO开发板有关TFT显示器的电路原理图如下：
图四
4个控制信号和3个RGB数据信号与图三相对应。除此之外，注意上图绿色框中的 LCD_BL_CTRL 和 LCD_DISP 2个信号线。LCD_BL_CTRL 控制电源芯片 STLD40D 的输出，当其高电平时有效，使得输出的 LCD_BL_A（阳极）与 LCD_BL_K（阴极）导通，TFT面板的背光打开。这样，LCD_BL_CTRL （板子上是PK3管脚）可以用来控制TFT面板是否显示。LCD_DISP（板子上是PI12管脚） 用来控制 TFT面板是否进入休眠状态，见 RK043FN48H-CT672B 模组的参考手册：
图五
RK043FN48H-CT672B 是深圳晶鸿公司的带触摸的TFT液晶模组，其中液晶驱动IC型号为 OTA5180A，其数据手册里也有关于DISP信号的描述：
图六
这个DISP 名字实在是令人费解，换成 Standby 或 Sleep 就容易理解了，反正是需要给高电平，才能使液晶屏正常工作。 LCD_BL_CTRL 和 LCD_DISP 这2个信号线不是LTDC“标配”的，是液晶模组“特有”的，不同的模组可能有不同的控制信号，这里特别说明一下，后面需要用CUBEMX专门配置对应的GPIO。
LTDC的硬件接口介绍完了，下面具体说说LTDC的控制逻辑。
图七
图七中的1-6 标号与图二的标号是一一对应的：
1、HSYNC，水平同步信号，需要指明它的脉宽，单位：像素时钟DCLK。
2、HBP，Horizontal Back Porch，水平同步信号后肩（后沿，后廓，一个意思），它之后就是真正的数据开始了。单位：像素时钟。
3、HFP，Horizontal Front Porch，水平同步信号前肩，表明一行结束，单位：像素时钟。
4、VSYNC，垂直同步信号，一帧的开始，需要指明宽度，单位：行。
5、VBP，Vertical Back Porch，垂直同步信号后肩，它之后就是一帧的首行数据开始了，单位：行。
6、VHP，Vertical Front Porch，垂直同步信号前肩，表明一帧结束，单位：行。
再加上 Active Width（宽，像素，本例中为480）、Active height（高，像素，本例中为272），这8个数据是LTDC需要配置的最重要的参数。看看液晶控制芯片手册中对参数的要求：
图八
上表给出了各个参数的范围，实际使用时可以在这个参考范围内做调整。注意，像素时钟DCLK的范围在5--12MHz，本例中将使用9.8MHz。
这里还要介绍两个LTDC的重要概念：显示层（Layer）与窗口（Window）。LTDC支持2个Layer，每个Layer对应一个显存，也就是一个图像。LTDC可以将2个图像叠加，layer1在下、layer2在上。2个层可以分别被使能，可以单独使用，也可以一起叠加使用。显然，这种2个（硬件）图层的结构非常利于动画的实现。例如，layer1保持不动，layer2不停改变相对位置，则看到的是上面的图像（比如，动画人物）在背景图上运动。进一步，每个层都有一个活动的“窗口”，就是图像具体的显示位置和大小，即图七中的 Active display area。窗口的大小可以等同于图层的大小（满屏），也可以小于图层，这样的设计利于编程的灵活性。例如，当只需要显示1/4大小的图片时，可以定义一个1/4大小的窗口来显示图片，对应的显存也只需要1/4大小，节省内存。而且图片的显示位置可以动态调整。
补充：关于图四中LCD_DE信号的说明：
图九
图十
当 LCD_DE 为高电平时，LTDC向液晶面板输出数据有效（就是说，LCD_DE变高后，LCD_R[7:0]等24条数据线上的输出数据有效）。
至此，与LTDC有关的参数配置讲完了，下面可以使用CUBEMX具体来配置LTDC了。
选择芯片 STM32F746NG：
图十一
配置外部晶振：
图十二
调试模式（ST-LINK）：
图十三
配置主时钟、像素时钟：
图十四
HCLK配置为最高频率216MHz；绿框中的 LCD-TFT 的频率默认是48MHz，超出了5--12 的范围（见图八），但这个值是灰色的、无法更改。这是因为LTDC还没有启用，像素时钟是通过LTDC的寄存器配置的，所以到这一步还无法配置像素时钟。下面配置LTDC，需要三个步骤，先配置LTDC的参数：
图十五
Display Type 选 RGB888，是因为LTDC的硬件接口是RGB各占8-bit，共24条数据线（跟显存数据格式RGB565等不是一个概念、不要混淆）。
然后配置图层参数：
图十六
为了简化，选择了一个图层（layer1，直接显示、不关layer2的事了），图像格式是RGB565，这是显存中数据的格式。我们将在代码编程时，通过ST的图像格式转换工具将一个demo图片转化成C语言数组数据，而这个数据是RGB565的，所以上面layer1要选RGB565格式。Buffer的起始地址设置成了0xC000 0000，这是开发板上SDRAM的地址，我们的测试程序为了简化，不使用SDRAM作显存，而是直接从片内FLASH中读取图片，在CUBEMX生成的代码中，需要修改这个地址（见后）。Alpha选了最大值255，就是完全不透明显示图片（即原图）。如果Alpha=128，将看到半透明的图片；Alpha=0的话，就什么也看不到了。
第三步，也是容易被忽略的一步，检查LTDC用到的GPIO复用管脚是否正确。这是CUBEMX默认配置的：
图十七
与开发板原理图对比，上图中大部分GPIO的配置不对。按照电路图重新配置如下：
图十八
LTDC本身的所有参数配置完毕了（为什么强调“本身”？见后），再回到时钟配置页，因为LTDC使能了，图十四绿框中的参数不再是灰色的了，按下图将像素时钟DCLK配置成9.8MHz：
图十九
至此，所有参数配置完成了吗？没有，还差一点点。在图四时说过 LCD_BL_CTRL 和 LCD_DISP 2个信号线，它们不是LTDC本身具有的，是控制液晶面板必须的，需要将这两个GPIO配置成输出模式、并初始化成高电平：
图二十
全部配置工作完成，生成KEIL代码。（完整代码下载地址：https://github.com/haidongqing/ltdc-demo）
在main.c文件中，修改 MX_LTDC_Init()：
图二十一
0xC000 0000是图十六配置的参数，例程中图片数据是保存在flash中的。图片数据保存在头文件 RGB565_480x272.h 中：
图二十二
编译、烧写，运行后的结果：
图二十三
touchgfx用到的三大硬件接口技术：FMC（SDRAM）、QaudSPI（NOR FLASH）、LTDC（TFT Panel），到今天全部介绍完了，下一步将进入touchgfx开发的正题：使用CUBEMX从零开始配置touchgfx！（待续......）
