LVGL 优化帧率技巧

2023-05-16

目录标题

前文
未优化版本
LVGL帧率限制
刷屏方法效率
代码优化等级
编译器版本
LVGL显存
- 单buffer
- 非全尺寸双buffer
- 全尺寸双buffer

本文只针对当时的LVGL v7，LVGL迭代过程中变化较大，部分接口有可能做调整。本文仅供参考

前文

LVGL——PC模拟器仿真模拟+VS2017
f429 discovery开发版 LVGL移植（带操作系统）
在F429平台上尝试LVGL过程中，总结出几种优化提高帧率的方法
这里我们直接用官方测试例程 benchmark做直观的帧率展示。

未优化版本

这里我以f429 discovery开发版 LVGL移植（带操作系统）这里的源代码做初始版本。

LVGL帧率限制

首先，LVGL是有一个帧率刷新周期的宏定义，LVGL会通过LVGL内部的tick，定时去刷屏幕，也就是说该宏定义限定了LVGL刷屏帧率的上限，默认满帧33帧。

#define LV_DISP_DEF_REFR_PERIOD 30 /[ms]/

这里我们直接设10ms刷新一次，满帧100帧。

刷屏方法效率

尽量使用dma之类的刷屏，不要使用画点函数，例如以下，效率很低。

    for(y = area->y1; y <= area->y2; y++) {
        for(x = area->x1; x <= area->x2; x++) {
            put_px(x, y, *color_p)
            color_p++;
        }
    }

我们初始版本使用DMA2D刷屏。

代码优化等级

CUBEMX生成的项目默认是arm compiler v5 + -O3 ，是性能较好的配置，不过大家自己移植lvgl未使用cubemx等代码生成工具，可能为了调试方便使用了O0优化等级，这个影响很大，429平台上帧率提升高达33%，-o3需要注意一下代码优化问题，善用volatile关键字。

arm compiler v5 + -O0 权重 FPS 332
在这里插入图片描述
arm compiler v5 + -O3 权重 FPS 446

在这里插入图片描述
帧率提升很明显！

编译器版本

本人试过arm compiler V6 + lvgl + freertos（freertos 需要改用 gcc的 port文件），效果很差。

LVGL栈使用设置需要比V5大，V5给2k就差不多了，v6只2k会栈溢出
帧率拙计，同样benchmark测试帧率，权重FPS只有100出头

arm compiler v6 + -O3 权重 FPS 181
在这里插入图片描述
尽量用arm compiler5 吧，帧率损失有点大。

LVGL显存

LVGL其实提供了三种显存类型。三种分别对应不同环境吧，都可以试试。

单buffer

画面会被拆分成buffer的size大小，分块刷新，当只有局部刷新时，比如说点击了一个按钮按钮变高亮，那么他就只会刷局部画面。

官方推荐大小 1/10 screen size，拆分太小，刷屏接口又慢的话，不仅帧率低，还会有感人的拉窗帘。

static lv_disp_buf_t disp_buf;
static lv_color_t buf[LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX / 10];                     /*Declare a buffer for 1/10 screen size*/
lv_disp_buf_init(&disp_buf, buf, NULL, LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX / 10);    /*Initialize the display buffer*/

当然buffer全屏大小最好。
arm compiler v5 + -O3 + 全屏显存权重 FPS 500 在这里插入图片描述

非全尺寸双buffer

顾名思义，两个buffer，实际上就是PING-PONG模式，这种情况适合有dma或者其他显存加速设备的芯片，在一块buffer使用dma等外设后台刷屏时，lvgl可以再前台渲染显示进另一块显存，也就是说渲染和刷屏并发执行，理论是比单显存要好的，不过跟硬件和屏幕大小有关，具体要实测。

      static lv_disp_buf_t draw_buf_dsc_2;  //两个半屏缓存
      static lv_color_t draw_buf_2_1[LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX/2];                        /*A buffer for 10 rows*/
      static lv_color_t draw_buf_2_2[LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX/2];                        /*An other buffer for 10 rows*/
      lv_disp_buf_init(&draw_buf_dsc_2,draw_buf_2_2, draw_buf_2_1, LV_HOR_RES_MAX *LV_VER_RES_MAX/2);   /*Initialize the display buffer*/

另外disp_flush刷屏接口也要改成中断回调的形式，如果poll死等dma1传输结束，那就没有dma不占cpu的意义了。

static void disp_flush(lv_disp_drv_t *disp_drv, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{
    /*The most simple case (but also the slowest) to put all pixels to the screen one-by-one*/
    int16_t w = (area->x2 - area->x1 + 1);
    int16_t h = (area->y2 - area->y1 + 1);
    uint32_t size = w * h;
   disp_drv_p = disp_drv;
  /*##-1- Configure the DMA2D Mode, Color Mode and output offset #############*/ 
   hdma2d.Init.Mode         = DMA2D_M2M;
   hdma2d.Init.ColorMode    = DMA2D_OUTPUT_RGB565;
   hdma2d.Init.OutputOffset = (LV_HOR_RES_MAX-w);     
  
   /*##-3- Foreground Configuration ###########################################*/
   hdma2d.LayerCfg[1].AlphaMode = DMA2D_NO_MODIF_ALPHA;
   hdma2d.LayerCfg[1].InputAlpha = 0xFF;
   hdma2d.LayerCfg[1].InputColorMode = DMA2D_INPUT_RGB565 ;
   hdma2d.LayerCfg[1].InputOffset = 0;

   hdma2d.Instance          = DMA2D; 
  
   /*##-4- DMA2D Initialization ###############################################*/
   if(HAL_DMA2D_Init(&hdma2d) != HAL_OK) 
   {
     /* Initialization Error */
     Error_Handler(); 
   }
  
     if(HAL_DMA2D_ConfigLayer(&hdma2d, 1) != HAL_OK) 
   {
     /* Initialization Error */
     Error_Handler(); 
   }
  
   /*##-5- Start DMA2D transfer ###############################################*/  
  
   if(HAL_DMA2D_Start_IT(&hdma2d, (uint32_t)color_p, (uint32_t) (hltdc.LayerCfg[0].FBStartAdress) + 2*(LV_HOR_RES_MAX *area->y1 + area->x1), w, h) != HAL_OK)
   {
     /* Initialization Error */
     Error_Handler(); 
   }
//	HAL_DMA2D_PollForTransfer(&hdma2d,100);
//    lv_disp_flush_ready( disp_drv_p);

}
void DMA2D_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA2D_IRQn 0 */
  lv_disp_flush_ready( disp_drv_p);
  /* USER CODE END DMA2D_IRQn 0 */
  HAL_DMA2D_IRQHandler(&hdma2d);
  /* USER CODE BEGIN DMA2D_IRQn 1 */

  /* USER CODE END DMA2D_IRQn 1 */
}

arm compiler v5 + -O3 + 双半屏显存权重 FPS 502 对于429开发版的屏幕而言和单全屏显存区别不大。
在这里插入图片描述

全尺寸双buffer

两个全尺寸buffer，虽然直觉看上去和非全尺寸双buffer应该区别不大，但实际上，这个是专门为带TFT驱动的MCU准备的。双全尺寸与前两种不同，在任何时候，给出的buffer都是全屏大小的buffer，而不是局部刷新只提供刷新部分的buffer窗口，这么做的的好处是刷屏，只需要更改TFT驱动的显存地址，而不需要将LVGL的buffer再搬运到TFT驱动的显存，就可完成刷屏动作。

F429带LTDC，也就是TFT驱动，理论上应当使用该类型。
不过实测帧没有提升反而大幅下降。。。。有点奇怪。

刷屏修改LTDC的显存地址，当LTDC刷到最后一行，中断回调提示LVGL屏幕刷完。代码如下

      static lv_disp_buf_t draw_buf_dsc_2;  //两个全屏缓存
      static lv_color_t draw_buf_2_1[LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX];                        /*A buffer for 10 rows*/
      static lv_color_t draw_buf_2_2[LV_HOR_RES_MAX * LV_VER_RES_MAX];                        /*An other buffer for 10 rows*/
      lv_disp_buf_init(&draw_buf_dsc_2,draw_buf_2_2, draw_buf_2_1, LV_HOR_RES_MAX *LV_VER_RES_MAX);   /*Initialize the display buffer*/

extern LTDC_HandleTypeDef hltdc;
static void disp_flush(lv_disp_drv_t *disp_drv, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{

   disp_drv_p = disp_drv;
  HAL_LTDC_SetAddress(&hltdc,(uint32_t)color_p,0);
  HAL_LTDC_ProgramLineEvent(&hltdc,LV_VER_RES_MAX -1);
}
void LTDC_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN LTDC_IRQn 0 */
  lv_disp_flush_ready(disp_drv_p); /* tell lvgl that flushing is done */
  /* USER CODE END LTDC_IRQn 0 */
  HAL_LTDC_IRQHandler(&hltdc);
  /* USER CODE BEGIN LTDC_IRQn 1 */
 __HAL_LTDC_DISABLE_IT(&hltdc, LTDC_IT_LI);
  /* USER CODE END LTDC_IRQn 1 */
}

总之以上在项目中三种显存模式都试一试。不同平台，帧率表现可能不太一样。

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