MCU编程8:ST的LTDC结合SDRAM交替显示RGB三原色
- 2026-01-12 22:31:07
上次的文章MCU编程7：移植ST的LTDC官方例程驱动LCD显示器，我们移植了ST的LTDC官方例程代码，该代码直接通过LTDC显示驱动来显示FLASH存储器中的图片数据。我们实际使用时，一般显示器的数据要放在可以随时读写的显示缓存中，所以正常使用时，一般显示数据的缓存要选择MCU的SRAM或者外部的RAM中。由于内部SRAM缓存大小有限，这里我们使用STM32F429I-DISCO开发板上的SDRAM外部缓存来保存显示数据。
这篇文章我们主要讲解如何让LTDC读取SDRAM中的待显示数据并显示到LCD显示屏上。
1 SDRAM代码移植
STM32F429I-DISCO开发板上使用的SDRAM存储器芯片型号是IS42S16400J，该存储器的存储容量为64MBIT，即8MBYTE。
对于STM32F429芯片，可以使用FMC接口来驱动该SDRAM芯片。一旦配置好FMC接口，我们在C代码中就可以直接使用地址指针的方式来进行SDRAM数据的读写操作，使用非常简单。
FMC接口的配置可以直接移植ST的FMC_SDRAM官方例程代码，对应的官方代码包路径为Projects\STM32F429I-Discovery\Examples\FMC\FMC_SDRAM。
我们先在自己工程STM32F429I_PRJ的Projects\STM32F429I-Discovery\Example\Src目录新建文件sdram_func.c，用于保存SDRAM的相关配置代码。在Projects\STM32F429I-Discovery\Example\Inc目录添加sdram_func.h，用于声明一些函数定义和宏定义。
我们在sdram_func.c文件中编写SDRAM的初始化函数SDRAM_Init()。找到ST官方例程FMC_SDRAM下的Src\main.c文件，将main()函数中的SDRAM的初始化代码拷贝到函数SDRAM_Init()中，移植后的SDRAM初始化函数如下。
void SDRAM_Init(void){/* SDRAM device configuration */hsdram.Instance = FMC_SDRAM_DEVICE;/* Timing configuration for 90 MHz of SDRAM clock frequency (180MHz/2) *//* TMRD: 2 Clock cycles */SDRAM_Timing.LoadToActiveDelay = 2;/* TXSR: min=70ns (6x11.90ns) */SDRAM_Timing.ExitSelfRefreshDelay = 7;/* TRAS: min=42ns (4x11.90ns) max=120k (ns) */SDRAM_Timing.SelfRefreshTime = 4;/* TRC: min=63 (6x11.90ns) */SDRAM_Timing.RowCycleDelay = 7;/* TWR: 2 Clock cycles */SDRAM_Timing.WriteRecoveryTime = 2;/* TRP: 15ns => 2x11.90ns */SDRAM_Timing.RPDelay = 2;/* TRCD: 15ns => 2x11.90ns */SDRAM_Timing.RCDDelay = 2;hsdram.Init.SDBank = FMC_SDRAM_BANK2;hsdram.Init.ColumnBitsNumber = FMC_SDRAM_COLUMN_BITS_NUM_8;hsdram.Init.RowBitsNumber = FMC_SDRAM_ROW_BITS_NUM_12;hsdram.Init.MemoryDataWidth = SDRAM_MEMORY_WIDTH;hsdram.Init.InternalBankNumber = FMC_SDRAM_INTERN_BANKS_NUM_4;hsdram.Init.CASLatency = FMC_SDRAM_CAS_LATENCY_3;hsdram.Init.WriteProtection = FMC_SDRAM_WRITE_PROTECTION_DISABLE;hsdram.Init.SDClockPeriod = SDCLOCK_PERIOD;hsdram.Init.ReadBurst = FMC_SDRAM_RBURST_DISABLE;hsdram.Init.ReadPipeDelay = FMC_SDRAM_RPIPE_DELAY_1;/* Initialize the SDRAM controller */if(HAL_SDRAM_Init(&hsdram, &SDRAM_Timing) != HAL_OK){/* Initialization Error */Error_Handler();}/* Program the SDRAM external device */SDRAM_Initialization_Sequence(&hsdram, &command);}
该初始化函数依赖SDRAM_Initialization_Sequence()函数，所以还需要将ST官方例程的main.c文件中的SDRAM_Initialization_Sequence()函数拷贝到我们的sdram_func.c文件中。初始化函数中还会调用到FMC对应的GPIO功能引脚的配置，对应的函数为HAL_SDRAM_MspInit()和HAL_SDRAM_MspDeInit()，这2个函数在ST官方例程FMC_SDRAM下的Src\stm32f4xx_hal_msp.c文件中，我们将这2个函数也拷贝到sdram_func.c文件中。
最后，还需要将SDRAM配置需要的相关变量也拷贝的 sdram_func.c文件中，具体可以见最后附录中的源代码。
这里使用了FMC控制器的SDRAM Bank2，所以SDRAM的起始地址为0xD0000000，具体见下图。所以我们在sdram_func.h文件中定义SDRAM起始地址的宏定义#define SDRAM_BANK_ADDR ((uint32_t)0xD0000000)，供后面LCD定义显示缓存时使用。
2 LCD的显示代码修改
由于我们不用FLASH中的图片数据了，所以可以把st_logo1.h和st_logo2.h文件删除，把对应的这2个文件的包含文件代码也相应删除。
修改lcd_func.h文件代码，添加RGB565的颜色联合体类型定义，并在SDRAM中定义3个显示缓存分别用于显示红绿蓝3种颜色数据，对应修改代码如下。
下面代码中FB_SECTION为缓存的起始地址，240 * 320为开发板上的LCD显示器的分辨率，乘以2是因为每个像素点需要2个字节(uint6_t类型)的颜色数据。
#include"sdram_func.h"/* Exported types ------------------------------------------------------------*/typedef union {struct {uint16_t blue : 5;uint16_t green : 6;uint16_t red : 5;} ch;uint16_t full;} color_rgb565_t;/* Exported constants --------------------------------------------------------*//* Exported macro ------------------------------------------------------------*/#define FB_SECTION0 SDRAM_BANK_ADDR#define FB_SECTION1 (FB_SECTION0 + 240 * 320 * 2)#define FB_SECTION2 (FB_SECTION1 + 240 * 320 * 2)
之前的LTDC使用双图层的显示方式，每个图层只显示了LCD一半的高度。这次不需要用到双图层，所以需要修改LCD_Config()函数，将图层2的配置删除，同时将图层1的窗口高度pLayerCfg.WindowY1和图像高度pLayerCfg.ImageHeight分别从160改成320。另外，由于这次要把显示缓存改成SDRAM中的缓存，所以需要将LTDC的帧缓存起始地址指向我们前面分配的SDRAM的存储地址，这里我们将pLayerCfg.FBStartAdress先初始化在FB_SECTION0的存储区。修改后的LCD配置代码如下。
void LCD_Config(void){LTDC_LayerCfgTypeDef pLayerCfg;/* Initialization of ILI9341 component*/ili9341_Init();/* LTDC Initialization -------------------------------------------------------*//* Polarity configuration *//* Initialize the horizontal synchronization polarity as active low */LtdcHandle.Init.HSPolarity = LTDC_HSPOLARITY_AL;/* Initialize the vertical synchronization polarity as active low */LtdcHandle.Init.VSPolarity = LTDC_VSPOLARITY_AL;/* Initialize the data enable polarity as active low */LtdcHandle.Init.DEPolarity = LTDC_DEPOLARITY_AL;/* Initialize the pixel clock polarity as input pixel clock */LtdcHandle.Init.PCPolarity = LTDC_PCPOLARITY_IPC;/* Timing configuration (Typical configuration from ILI9341 datasheet)HSYNC=10 (9+1)HBP=20 (29-10+1)ActiveW=240 (269-20-10+1)HFP=10 (279-240-20-10+1)VSYNC=2 (1+1)VBP=2 (3-2+1)ActiveH=320 (323-2-2+1)VFP=4 (327-320-2-2+1)*//* Timing configuration *//* Horizontal synchronization width = Hsync - 1 */LtdcHandle.Init.HorizontalSync = 9;/* Vertical synchronization height = Vsync - 1 */LtdcHandle.Init.VerticalSync = 1;/* Accumulated horizontal back porch = Hsync + HBP - 1 */LtdcHandle.Init.AccumulatedHBP = 29;/* Accumulated vertical back porch = Vsync + VBP - 1 */LtdcHandle.Init.AccumulatedVBP = 3;/* Accumulated active width = Hsync + HBP + Active Width - 1 */LtdcHandle.Init.AccumulatedActiveH = 323;/* Accumulated active height = Vsync + VBP + Active Height - 1 */LtdcHandle.Init.AccumulatedActiveW = 269;/* Total height = Vsync + VBP + Active Height + VFP - 1 */LtdcHandle.Init.TotalHeigh = 327;/* Total width = Hsync + HBP + Active Width + HFP - 1 */LtdcHandle.Init.TotalWidth = 279;/* Configure R,G,B component values for LCD background color */LtdcHandle.Init.Backcolor.Blue = 0;LtdcHandle.Init.Backcolor.Green = 0;LtdcHandle.Init.Backcolor.Red = 0;LtdcHandle.Instance = LTDC;/* Layer1 Configuration ------------------------------------------------------*//* Windowing configuration */pLayerCfg.WindowX0 = 0;pLayerCfg.WindowX1 = 240;pLayerCfg.WindowY0 = 0;pLayerCfg.WindowY1 = 320;/* Pixel Format configuration*/pLayerCfg.PixelFormat = LTDC_PIXEL_FORMAT_RGB565;/* Start Address configuration : frame buffer is located at FLASH memory */pLayerCfg.FBStartAdress = (uint32_t)FB_SECTION0;/* Alpha constant (255 totally opaque) */pLayerCfg.Alpha = 255;/* Default Color configuration (configure A,R,G,B component values) */pLayerCfg.Alpha0 = 0;pLayerCfg.Backcolor.Blue = 0;pLayerCfg.Backcolor.Green = 0;pLayerCfg.Backcolor.Red = 0;/* Configure blending factors */pLayerCfg.BlendingFactor1 = LTDC_BLENDING_FACTOR1_PAxCA;pLayerCfg.BlendingFactor2 = LTDC_BLENDING_FACTOR2_PAxCA;/* Configure the number of lines and number of pixels per line */pLayerCfg.ImageWidth = 240;pLayerCfg.ImageHeight = 320;/* Configure the LTDC */if(HAL_LTDC_Init(&LtdcHandle) != HAL_OK){/* Initialization Error */Error_Handler();}/* Configure the Background Layer*/if(HAL_LTDC_ConfigLayer(&LtdcHandle, &pLayerCfg, 0) != HAL_OK){/* Initialization Error */Error_Handler();}}
最后，我们需要修改LCD测试代码，实现通过LTDC驱动来交替显示RGB红绿蓝三原色的效果。修改的思路也很简单，因为我们前面已经在SDRAM的存储区中分配了3个存储区域，分别用于保存红绿蓝三种颜色的数据信息，所以我们只需要将LTDC的FBStartAdress轮流指向这3个存储区域，就可以交替显示红绿蓝三原色了。另外，我们这里不需要动态调整图像的显示位置，所以将图像的显示起始位置固定成最左边像素(Xpos=0)最上面一行(Ypos=0)即可。对应修改后的LCD测试函数vLcdTest()代码如下。
voidvLcdTest(void){static uint32_t startTick = 0;static uint32_t Xpos = 0, Ypos = 0;static uint8_t step = 0;uint32_t endTick = HAL_GetTick();if(endTick - startTick >= 1000){startTick = endTick;if(step == 0) {HAL_LTDC_SetAddress_NoReload(&LtdcHandle, (uint32_t)FB_SECTION0, 0);step++;} else if(step == 1) {HAL_LTDC_SetAddress_NoReload(&LtdcHandle, (uint32_t)FB_SECTION1, 0);step++;} else {HAL_LTDC_SetAddress_NoReload(&LtdcHandle, (uint32_t)FB_SECTION2, 0);step = 0;}/* reconfigure the layer1 position without Reloading*/HAL_LTDC_SetWindowPosition_NoReload(&LtdcHandle, Xpos, Ypos, 0);/* Ask for LTDC reload within next vertical blanking*/ReloadFlag = 0;HAL_LTDC_Reload(&LtdcHandle,LTDC_SRCR_VBR);while(ReloadFlag == 0){/* wait till reload takes effect (in the next vertical blanking period) */}}}
3 其他代码修改
最后，需要修改main.c文件中的相关代码。我们在该文件中添加一个函数vSetFrameBufferColor()用于将SDRAM的3个存储区中的数据改成红绿蓝的颜色数据。对应函数代码如下。
其中color_rgb565_t是参照LVGL代码中的lv_color16_t定义的RGB565的颜色数据结构。我们需要将颜色设置成对应的三原色中的单色，只需要将对应单色的颜色值设置成最大，然后其他2个颜色的值设置成0即可。
voidvSetFrameBufferColor(void){color_rgb565_t color = {0};color.ch.blue = 0x1f;for(int i = 0; i < 240 * 320; i++) {*((uint16_t*)FB_SECTION0 + i) = color.full;}color.ch.blue = 0;color.ch.green = 0x3f;for(int i = 0; i < 240 * 320; i++) {*((uint16_t*)FB_SECTION1 + i) = color.full;}color.ch.green = 0;color.ch.red = 0x1f;for(int i = 0; i < 240 * 320; i++) {*((uint16_t*)FB_SECTION2 + i) = color.full;}}
之后，在vInitPeripheral()函数中添加SDRAM控制器和缓存数据初始化的函数调用即可，如下面代码所示。
void vInitPeripheral(void){BSP_LED_Init(LED3);BSP_LED_Init(LED4);vInitUart1();SDRAM_Init();vSetFrameBufferColor();LCD_Config();}
4 CMake配置修改
为了确保编译链接能够正常执行，需要对CMakeLists.txt进行修改，添加SDRAM控制器初始化需要用到的ST驱动接口代码。
需要在DRV_SRCS源码文件包含中添加以下的源码文件路径。
${PROJECT_SOURCE_DIR}/../Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src/stm32f4xx_hal_sdram.c${PROJECT_SOURCE_DIR}/../Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/Src/stm32f4xx_ll_fmc.c
5 编译并执行代码
使用Ctrl+Shift+B的快捷键或者Terminal/Run Build Task...菜单执行代码的编译链接操作。
如果想了解详细的编译和运行操作，可以参考之前的文章MCU编程3：使用VS Code+GCC+OpenOCD搭建MCU程序开发环境(下)。
开发板通过USB线连接到电脑的USB口，这时开发板正常上电，按下F5快捷键或Run/Start Debugging菜单执行代码在线调试，VS Code会自动通过ST-Link将代码下载到开发板的MCU上，并暂停在main()函数的开始处，再次按下F5按键全速运行代码即可。对应的执行结果如下。
6 附录
更新后的工程代码依然保存在gitee的以下路径。
https://gitee.com/goodrenze/STM32F429I_PRJ
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