понеділок, 16 вересня 2019 р.

STM32: Бібліотека дисплею ILI9341 по інтерфейсу FSMC


Передмова

Бібліотека для роботи з дисплеєм 240х320 з чипом ILI9341 за допомоги інтерфейсу FSMC.

Колись придбав таку плату розробника з чипом STM32F407VET6 для дослідження 4хх серії. Плата якісна. Має на борту роз'єм для радіомодуля 2.4 ГГц NRF24L01, роз'єм для дисплею FSMC, модуль SD-CARD, тримач батарейки 3В для модуля RTC. Пам'ять FLASH. Два вбудованих світлодіода та дві користувацькі кнопки. Досить пристойний кандидат для серйозної розробки. Почнемо з дисплею.
STM32F407VET6 Black Board
До цієї плати продають сумісні по роз'єму дисплеї з резистивним тачскріном. Цей дисплей достатньо просто вставити "бутербродом" в роз'єм плати розробника.
3.2 inch TFT LCD Resistive Touch Screen 320 * 240 ILI9341 Display Module
Є варіант плати з дисплеєм в одним лотом на aliexpress.

Залізяччя

Схема підключення TFT до MCU

Розпіновка роз'ємів JTAG та TFT
Схема підключення TFT

CubeMX

Відкриваємо CubeMX або CubeIDE і налаштовуємо периферію:

  1. В розділі "Connectivity" обираємо "FSMC";
  2. В розділі "NOR Flash/PSRAM/SRAM/ROM/LCD 1" активуємо "NE1 Chip Select", обираємо "Memory type -> LCD Interface", "LCD Register Select -> A18" (відповідно до розпіновки роз'єму для дисплею, в мене сигнал RS дисплею під'єднано до PD13 мікроконтролеру. А ніжка PD13 активується для RS, коли обрати A18), "Data -> 16 bits";
  3. В розділі "Configurations -> NOR/PSRAM control" обираємо: "Memory type -> LCD Interface", "Bank -> Bank 1 NOR/PSRAM 1", "Write operation -> Enabled", "Extended mode -> Disabled". В розділі "NOR/PSRAM timing" обираємо: "Address setup time in HCLK clock cicles -> 1", "Data setup time in HCLK clock cycles -> 5", "Bus turn around time in HCLK clock cycles -> 0";
  4. Не забуваємо про підсвічування екрану. Відповідно до схеми це PB1. Встановимо режим GPIO_Output і дамо назву цій шпильці - "LCD_BL";
  5. Генеруємо проект. Даємо назву проекту, наприклад: "STM32F407VET6_Black_ILI9341". Вказуємо шлях до проекту та зберігаємо проект на диску.

Налаштування FSMC в CubeMX (для збільшення клацайте по світлині)

Підєднуємо бібліотеку до проекту

Запускаємо свій засіб розробки. Я використовую, або "CubeIDE for STM32", або "Atolic True Studio for STM32". Обидві IDE абсолютно безкоштовні. Відкриваємо проект згенерований CubeMX або CubeIDE і додаємо файли бібліотеки до проекту. Файли з розширенням *.h до теки INC проекту, а файли з розширенням *.c до теки SRC проекту. 
Бібліотека містить такі файли:
  • colors.h - визначення кольорів
  • fonts.h - структура шрифтів та перелік шрифтів
  • ili9341.h - визначення, макроси, прототипи функцій бібліотеки
  • image.h - структура для зображень, та перелік зображень
  • registers.h - визначення регістрів дисплею
  • STLogo.c - приклад картинки 240X240 для демонстрації
  • font12.c - шрифт 12 пікселів у висоту
  • font16.c - шрифт 16 пікселів у висоту
  • font20.c - шрифт 20 пікселів у висоту
  • font24.c - шрифт 24 пікселів у висоту
  • font8.c - шрифт 8 пікселів у висоту
  • ili9341.c - містить всі функції бібліотеки
  • example.c - містить демо-код, додати до файлу main.c свого проекту у відповідні секції коду.
Всі шрифти запозичив у ST, які знаходяться у репозиторії CubeMX за шляхом наприклад: "C:\Users\ваш_логін\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.24.1\Utilities\Fonts".

Налаштування бібліотеки

Інтерфейс FSMC передбачає що, дисплей, який під'єднано до мікроконтролеру, буде "бачитись" як додаткова область пам'яті. І для надсилання команд і даних до дисплею достатньо ці команди і дані пересилати в певну ділянку додаткової пам'яті. Всі інші "ногодриги" шпильками зробить периферія FSMC мікроконтролеру. Залишилось тільки визначити за якими ж адресами надсилати команди і дані.
Звернемось до документації.
Розділ 36.4 External device address mapping:
Малюнок 435
Таблиці 216, 217

В нас обрано Bank1 - NOR/PSRAM 1, А18, 16-біт. Відповідно до малюнку та таблиць - адреса для команд 0x60000000. Визначаємо адресу для даних: 1 << 18 = 0x40000 де 18 це A18. Плюс, так як в нас 16 бітна шина, то 0x40000 << 1 = 0x80000. Тепер складаємо ці дві адреси до купи: 0x60000000 + 0x80000 = 0x60080000 і отримуємо адресу для даних. Заносимо ці адреси до визначень у файл ili9341.h:
#define LCD_BASE0          ((uint32_t)0x60000000)
#define LCD_BASE1          ((uint32_t)0x60080000)
Це і всі налаштування.

Якщо ви в CubeMX не вказали назву шпильки для керування підсвіткою екрана, як було запропоновано "LCD_BL", то тоді потрібно тут поміняти:
#define LCD_BL_ON() HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_Port, LCD_BL_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define LCD_BL_OFF() HAL_GPIO_WritePin(LCD_BL_GPIO_Port, LCD_BL_Pin, GPIO_PIN_RESET)
На GPIOB замість LCD_BL_GPIO_Port та GPIO_PIN_1 замість LCD_BL_Pin. Порт і номер шпильки куди під'єднано підсвітку дисплея.

Демо-код

Перш за все вкладаємо до свого проекту директивою #include - бібліотеку ili9341:
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "ili9341.h"
/* USER CODE END Includes */
Оголошуємо власний дефайн функції "min" (потрібно для роботи демо):
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#define min(a,b) (((a)<(b))?(a):(b))
/* USER CODE END PD */
Оголошуємо прототипи всіх демо-функцій:
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void demoLCD(int i);
unsigned long testFillScreen();
unsigned long testText();
unsigned long testLines(uint16_t color);
unsigned long testFastLines(uint16_t color1, uint16_t color2);
unsigned long testRects(uint16_t color);
unsigned long testFilledRects(uint16_t color1, uint16_t color2);
unsigned long testFilledCircles(uint8_t radius, uint16_t color);
unsigned long testCircles(uint8_t radius, uint16_t color);
unsigned long testTriangles();
unsigned long testFilledTriangles();
unsigned long testRoundRects();
unsigned long testFilledRoundRects();
unsigned long testDrawImage();
/* USER CODE END PFP */
Викликаємо функцію ініціалізації дисплея і вмикаємо підсвічування дисплея. Оголошуємо допоміжну змінну "i":
/* USER CODE BEGIN 2 */
  LCD_BL_ON();
  lcdInit();
  int i = 0;
  /* USER CODE END 2 */
В безкінечному циклі викликаємо демо-функцію і збільшуємо змінну "i" на одиницю, щоб міняти орієнтування екрану за кожний прохід демо-функції:
 /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
   demoLCD(i);
   i++;
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

  }
  /* USER CODE END 3 */
Але не забуваємо, що нам потрібні ще функції, що входять до складу "demoLCD", прототипи яких ми же раніше оголосили. Її ставимо в кінці файла "main.c" в блок користувача 4:
/* USER CODE BEGIN 4 */
void demoLCD(int i)
{
 lcdSetOrientation(i % 4);

 uint32_t t = testFillScreen();
 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", t);
 HAL_Delay(2000);

 t = HAL_GetTick();
 lcdTest();
 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", HAL_GetTick() - t);
 HAL_Delay(2000);

 t = testText();
 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", t);
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testLines(COLOR_CYAN));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testFastLines(COLOR_RED, COLOR_BLUE));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testRects(COLOR_GREEN));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testFilledRects(COLOR_YELLOW, COLOR_MAGENTA));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testFilledCircles(10, COLOR_MAGENTA));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testCircles(10, COLOR_WHITE));
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testTriangles());
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testFilledTriangles());
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testRoundRects());
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testFilledRoundRects());
 HAL_Delay(2000);

 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdSetCursor(0, lcdGetHeight() - lcdGetTextFont()->Height - 1);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("Time: %4lu ms", testDrawImage());
 HAL_Delay(2000);
}

unsigned long testFillScreen()
{
 unsigned long start = HAL_GetTick(), t = 0;
 lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
 t += HAL_GetTick() - start;
 lcdSetCursor(0, 0);
 lcdSetTextFont(&Font24);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("BLACK");
 HAL_Delay(1000);
 start = HAL_GetTick();
 lcdFillRGB(COLOR_RED);
 t += HAL_GetTick() - start;
 lcdSetCursor(0, 0);
 lcdSetTextFont(&Font24);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("RED");
 HAL_Delay(1000);
 start = HAL_GetTick();
 lcdFillRGB(COLOR_GREEN);
 t += HAL_GetTick() - start;
 lcdSetCursor(0, 0);
 lcdSetTextFont(&Font24);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("GREEN");
 HAL_Delay(1000);
 start = HAL_GetTick();
 lcdFillRGB(COLOR_BLUE);
 t += HAL_GetTick() - start;
 lcdSetCursor(0, 0);
 lcdSetTextFont(&Font24);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdPrintf("BLUE");
 HAL_Delay(1000);
 start = HAL_GetTick();
 lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
 return t += HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testText()
{
 lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
 unsigned long start = HAL_GetTick();
 lcdSetCursor(0, 0);
 lcdSetTextColor(COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 lcdSetTextFont(&Font8);
 lcdPrintf("Hello World!\r\n");
 lcdSetTextColor(COLOR_YELLOW, COLOR_BLACK);
 lcdSetTextFont(&Font12);
 lcdPrintf("%i\r\n", 1234567890);
 lcdSetTextColor(COLOR_RED, COLOR_BLACK);
 lcdSetTextFont(&Font16);
 lcdPrintf("%#X\r\n", 0xDEADBEEF);
 lcdPrintf("\r\n");
 lcdSetTextColor(COLOR_GREEN, COLOR_BLACK);
 lcdSetTextFont(&Font20);
 lcdPrintf("Groop\r\n");
 lcdSetTextFont(&Font12);
 lcdPrintf("I implore thee,\r\n");
 lcdSetTextFont(&Font12);
 lcdPrintf("my foonting turlingdromes.\r\n");
 lcdPrintf("And hooptiously drangle me\r\n");
 lcdPrintf("with crinkly bindlewurdles,\r\n");
 lcdPrintf("Or I will rend thee\r\n");
 lcdPrintf("in the gobberwarts\r\n");
 lcdPrintf("with my blurglecruncheon,\r\n");
 lcdPrintf("see if I don't!\r\n");
 return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testLines(uint16_t color)
{
  unsigned long start, t;
  int           x1, y1, x2, y2,
                w = lcdGetWidth(),
                h = lcdGetHeight();

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);

  x1 = y1 = 0;
  y2    = h - 1;
  start = HAL_GetTick();
  for(x2 = 0; x2 < w; x2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  x2 = w - 1;
  for(y2 = 0; y2 < h; y2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  t = HAL_GetTick() - start; // fillScreen doesn't count against timing

  HAL_Delay(1000);
  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);

  x1 = w - 1;
  y1 = 0;
  y2 = h - 1;

  start = HAL_GetTick();

  for(x2 = 0; x2 < w; x2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  x2 = 0;
  for(y2 = 0; y2 < h; y2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  t += HAL_GetTick() - start;

  HAL_Delay(1000);
  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);

  x1 = 0;
  y1 = h - 1;
  y2 = 0;
  start = HAL_GetTick();

  for(x2 = 0; x2 < w; x2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  x2 = w - 1;
  for(y2 = 0; y2 < h; y2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  t += HAL_GetTick() - start;

  HAL_Delay(1000);
  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);

  x1 = w - 1;
  y1 = h - 1;
  y2 = 0;

  start = HAL_GetTick();

  for(x2 = 0; x2 < w; x2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);
  x2 = 0;
  for(y2 = 0; y2 < h; y2 += 6) lcdDrawLine(x1, y1, x2, y2, color);

  return t += HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testFastLines(uint16_t color1, uint16_t color2)
{
  unsigned long start;
  int x, y, w = lcdGetWidth(), h = lcdGetHeight();

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  start = HAL_GetTick();
  for(y = 0; y < h; y += 5) lcdDrawHLine(0, w, y, color1);
  for(x = 0; x < w; x += 5) lcdDrawVLine(x, 0, h, color2);

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testRects(uint16_t color)
{
  unsigned long start;
  int n, i, i2,
      cx = lcdGetWidth()  / 2,
      cy = lcdGetHeight() / 2;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  n = min(lcdGetWidth(), lcdGetHeight());
  start = HAL_GetTick();
  for(i = 2; i < n; i += 6)
  {
    i2 = i / 2;
    lcdDrawRect(cx - i2, cy - i2, i, i, color);
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testFilledRects(uint16_t color1, uint16_t color2)
{
  unsigned long start, t = 0;
  int n, i, i2,
      cx = lcdGetWidth() / 2 - 1,
      cy = lcdGetHeight() / 2 - 1;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  n = min(lcdGetWidth(), lcdGetHeight());

  for(i = n; i > 0; i -= 6)
  {
    i2 = i / 2;
    start = HAL_GetTick();
    lcdFillRect(cx-i2, cy-i2, i, i, color1);
    t    += HAL_GetTick() - start;
    // Outlines are not included in timing results
    lcdDrawRect(cx-i2, cy-i2, i, i, color1);
  }

  return t;
}

unsigned long testFilledCircles(uint8_t radius, uint16_t color)
{
  unsigned long start;
  int x, y, w = lcdGetWidth(), h = lcdGetHeight(), r2 = radius * 2;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  start = HAL_GetTick();
  for(x = radius; x < w; x += r2)
  {
    for(y = radius; y < h; y += r2)
    {
      lcdFillCircle(x, y, radius, color);
    }
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testCircles(uint8_t radius, uint16_t color)
{
  unsigned long start;
  int x, y, r2 = radius * 2,
      w = lcdGetWidth()  + radius,
      h = lcdGetHeight() + radius;

  // Screen is not cleared for this one -- this is
  // intentional and does not affect the reported time.
  start = HAL_GetTick();
  for(x = 0; x < w; x += r2)
  {
    for(y = 0; y < h; y += r2)
    {
      lcdDrawCircle(x, y, radius, color);
    }
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testTriangles()
{
  unsigned long start;
  int n, i, cx = lcdGetWidth() / 2 - 1,
            cy = lcdGetHeight() / 2 - 1;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  n = min(cx, cy);
  start = HAL_GetTick();
  for(i = 0; i < n; i += 5)
  {
    lcdDrawTriangle(
      cx    , cy - i, // peak
      cx - i, cy + i, // bottom left
      cx + i, cy + i, // bottom right
      lcdColor565(i, i, i));
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testFilledTriangles()
{
  unsigned long start, t = 0;
  int i, cx = lcdGetWidth() / 2 - 1,
         cy = lcdGetHeight() / 2 - 1;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  for(i = min(cx, cy); i > 10; i -= 5)
  {
    start = HAL_GetTick();
    lcdFillTriangle(cx, cy - i, cx - i, cy + i, cx + i, cy + i, lcdColor565(0, i*10, i*10));
    t += HAL_GetTick() - start;
    lcdFillTriangle(cx, cy - i, cx - i, cy + i, cx + i, cy + i, lcdColor565(i*10, i*10, 0));
  }

  return t;
}

unsigned long testRoundRects()
{
  unsigned long start;
  int w, i, i2,
      cx = lcdGetWidth() / 2 - 1,
      cy = lcdGetHeight() / 2 - 1;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  w = lcdGetWidth(), lcdGetHeight();
  start = HAL_GetTick();
  for(i = 0; i < w; i += 6)
  {
    i2 = i / 2;
    lcdDrawRoundRect(cx-i2, cy-i2, i, i, i/8, lcdColor565(i, 0, 0));
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testFilledRoundRects()
{
  unsigned long start;
  int i, i2,
      cx = lcdGetWidth()  / 2 - 1,
      cy = lcdGetHeight() / 2 - 1;

  lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
  start = HAL_GetTick();
  for(i = min(lcdGetWidth(), lcdGetHeight()); i > 20; i -=6 )
  {
    i2 = i / 2;
    lcdFillRoundRect(cx - i2, cy - i2, i, i, i / 8, lcdColor565(0, i, 0));
  }

  return HAL_GetTick() - start;
}

unsigned long testDrawImage()
{
 unsigned long start;

 lcdFillRGB(COLOR_BLACK);
 start = HAL_GetTick();
 if (lcdGetOrientation() == LCD_ORIENTATION_LANDSCAPE || lcdGetOrientation() == LCD_ORIENTATION_LANDSCAPE_MIRROR)
 {
  lcdDrawImage((lcdGetWidth() - bmSTLogo.xSize) / 2, 0, &bmSTLogo);
 }
 else
 {
  lcdDrawImage(0, (lcdGetHeight() - bmSTLogo.ySize) / 2, &bmSTLogo);
 }
 return HAL_GetTick() - start;
}
/* USER CODE END 4 */
Компілюємо проект. Заливаємо до пам'яті мікроконтролера і спостерігаємо за демонстрацією.

Файли

Відео-демострація




3 коментарі:

  1. А как русские буквы добавить в библиотеку?

    ВідповістиВидалити
  2. Добры дзень! Паўтарыў ваш праект, усё зарабіла! Дзякуй за Ваш труд!

    ВідповістиВидалити
  3. Дякую за Вашу працю! Навчаюсь за Вашими матеріалами. Маю два набори плата + екран (1-й такий же та 2-й з 407z та екран для mega 2536) налаштування однакові рацюють,але при використанні плата 2,а екран 1 непрацюють. Допоможіть.

    ВідповістиВидалити