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LVGL简介
嵌入式常用的图形显示库
官网: https://lvgl.io/GitHub仓库: https://github.com/lvgl/lvgl
对设备的要求是 “all you need is at least 32kB RAM and 128 kB Flash, a C compiler, a frame buffer, and at least an 1/10 screen sized buffer for rendering”. 最低要求是128KB Flash, 但实际上这个大小基本上什么也做不了, 所以直接用256K Flash 的 AIR32F103CCT6 和 AIR32F103RPT6.
集成LVGL到AIR32F103
Principle 大佬写过一篇 Air32F103试玩-移植LVGLFreeRTOS Keil5 用户可以参考. 基于STM32标准库, 用的屏幕是 GC9306X 320x240LCD.
我没有这个型号的屏幕, 手里能找到现成的串口屏只有一个128x160的ST7735, 就用这个做测试吧.
基本步骤
参考LVGL的文档, 这两片内容差不多的, 第二篇会更细节一点
https://docs.lvgl.io/master/get-started/quick-overview.htmlhttps://docs.lvgl.io/master/porting/project.html
需要做的步骤为
将 lvgl 库目录放到项目里复制一份 lvgl/lv_conf_template.h , 改名为 lv_conf.h 并修改定制在项目中需要使用lvgl的地方, 包含 lvgl/lvgl.h 头文件建一个定时器, 每隔1到10毫秒调用一次 lv_tick_inc(x) 用于lvgl内部定时. 如果不用这个方法, 就要定义 LV_TICK_CUSTOM 让 LVGL 可以直接读取时间.调用 lv_init() 执行初始化创建一个图像缓冲, 最小为1/10个屏幕尺寸所需要的数据大小.实现一个绘图函数, 用于LVGL调用后往设备的指定区域写入显示内容.如果有输入设备, 还可以再实现一个输入读取函数在主循环 main while(1) 中, 如果是RTOS环境则在一个循环任务中, 每隔几个毫秒调用一次 lv_timer_handler(), 用于LVGL绘制更新图像显示.
最小化实现
1.将LVGL添加到项目中
从 https://github.com/lvgl/lvgl/releases 下载LVGL, 当前版本是v8.3.5, 解压.
在项目 Libraries 下创建lvgl目录, 复制必须的文件到这个目录下
demos/
examples/
src/
LICENCE.txt
lv_conf_template.h
lvgl.h
lvgl.mk复制后的 Libraries 目录结构为
Libraries
├───AIR32F10xLib
├───CMSIS
├───Debug
├───DeviceSupport
├───EPaper
├───FreeRTOS
├───Helix
├───LDScripts
├───lvgl
│ ├───demos
│ ├───examples
│ └───src
│ ├───core
│ ├───draw
│ ├───extra
│ ├───font
│ ├───hal
│ ├───misc
│ └───widgets在 Makefile 中添加 LVGL 选项
# Build with lvgl, y:yes, n:no
USE_LVGL ? nLVGL的编译列表和头文件路径都已经在 lvgl.mk 里定义好了, 这里只需要把它 include 进来, 再合并到项目的列表中.
ifeq ($(USE_LVGL),y)
LVGL_DIR ? Libraries
LVGL_DIR_NAME ? lvglinclude Libraries/lvgl/lvgl.mkCFILES $(CSRCS)
INCLUDES Libraries/lvglelseCFLAGS ? endif将 USE_LVGL 设为 y 之后, make 就会带上 LVGL 一起编译. 因为 LVGL 文件很多, 编译时间较长, 可以根据自己电脑的CPU个数设置并发编译, 例如对于8个逻辑核的L480, 可以执行
make -j8因为编译结果有200多KByte, 写入的速度也很慢, 暂时没有什么好办法.
2. 定制 lv_conf.h
将 lvgl/lv_conf_template.h, 复制到 user 目录下, 改名为 lv_conf.h, 编辑
将#if 0改为#if 1
/* clang-format off */
#if 1 /*Set it to 1 to enable content*/因为ST7735支持的是2byte的像素, 色深设为 16
/*Color depth: 1 (1 byte per pixel), 8 (RGB332), 16 (RGB565), 32 (ARGB8888)*/
#define LV_COLOR_DEPTH 16再往下, 都是用0和1代表对应功能项的关和开, 可以保持默认. 因为ST7735屏幕分辨率较小, 所以再修改一下字体, 将 LV_FONT_MONTSERRAT_10改为1, 将LV_FONT_MONTSERRAT_14改为0 启用10像素字体
#define LV_FONT_MONTSERRAT_10 0
#define LV_FONT_MONTSERRAT_12 0
#define LV_FONT_MONTSERRAT_14 1再设置一下LV_FONT_DEFAULT, 改为lv_font_montserrat_10, 替换为刚才启用的 10像素字体
/*Always set a default font*/
#define LV_FONT_DEFAULT lv_font_montserrat_143. 创建 lv_tick_inc(x) 定时器
这里使用TIM3, 将定时间隔设为1毫秒, 开启 TIM_IT_Update 中断
void TIM3_Configuration(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);// Set counter limit to 100 -- interval will be 1msTIM_TimeBaseStructure.TIM_Period 100 - 1;/*** Clock source of TIM2,3,4,5,6,7: if(APB1 prescaler 1) then PCLK1 x1, else PCLK1 x2* */if (clocks.HCLK_Frequency clocks.PCLK1_Frequency){// clock source is PCLK1 x1.// Note: TIM_Prescaler is 16bit, [0, 65535], given PCLK1 is 36MHz, divider should 550TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler clocks.PCLK1_Frequency / 100000 - 1;}else{// clock source is PCLK1 x2TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler clocks.PCLK1_Frequency * 2 / 100000 - 1;}TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; // TDTS Tck_timTIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3, TIM_TimeBaseStructure);// Enable interrupt from TIM updateTIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);// NVIC configNVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel TIM3_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority 3;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE;NVIC_Init(NVIC_InitStructure);TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}创建TIM3的中断回调函数, 因为定时器间隔为1毫秒, 因此使用lv_tick_inc(1)
void TIM3_IRQHandler(void)
{if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) ! RESET){// Clear INT flagTIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);// Required for the internal timing of LVGLlv_tick_inc(1);}
}如果提示找不到 lv_tick_inc(), 需要加上对头文件 lvgl/lvgl.h 的 include
4. 创建绘图函数
这里涉及到三部分: 初始化 SPI 和对应的 GPIO, 初始化 ST7735, 最后才是 ST7735 的绘图函数.
初始化 GPIO, 这4个pin是需要声明为推挽输出的 PA2:BL, PA3:CS, PA4:DC(Data/Command), PA6:RESET void APP_GPIO_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_6);
}初始化 SPI, 这里还需要设置 PA5:SCK/SCL 和 PA7:SI/SDA
void APP_SPI_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7);SPI_InitStructure.SPI_Direction SPI_Direction_1Line_Tx;SPI_InitStructure.SPI_Mode SPI_Mode_Master;SPI_InitStructure.SPI_DataSize SPI_DataSize_8b;SPI_InitStructure.SPI_CPOL SPI_CPOL_Low;SPI_InitStructure.SPI_CPHA SPI_CPHA_1Edge;SPI_InitStructure.SPI_NSS SPI_NSS_Soft;SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler SPI_BaudRatePrescaler_16;SPI_InitStructure.SPI_FirstBit SPI_FirstBit_MSB;SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial 0;SPI_Init(SPI1, SPI_InitStructure);SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}初始化 ST7735, 这部分已经在 st7735.c 中封装, 直接在main()中调用即可
ST7735_Init();创建 ST7735 的区域绘图函数
void my_disp_flush(lv_disp_drv_t *disp, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{ST7735_WriteAddrWindow(area-x1, area-y1, area-x2, area-y2, (uint16_t *)color_p);// Indicate you are ready with the flushinglv_disp_flush_ready(disp);
}对应的 ST7735_WriteAddrWindow() 函数实现, 因为来源是16bit, SPI接口是8bit, 每一次调用分别写入两次
void ST7735_WriteAddrWindow(uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t x2, uint16_t y2, uint16_t *data)
{uint32_t tmp, i;if (x1 x2){tmp x1; x1 x2; x2 tmp;}if (y1 y2){tmp y1; y1 y2; y2 tmp;}tmp (x2 - x1 1) * (y2 - y1 1);ST7735_CS_LOW;ST7735_SetAddrWindow(x1, y1, x2, y2);while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) RESET);for(i 0; i tmp; i ) {SPI_I2S_SendData(SPI1, (uint8_t)(*data 8));while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) SET);SPI_I2S_SendData(SPI1, (uint8_t)(*data 0xFF));while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY) SET);data;}ST7735_CS_HIGH;
}5. 创建图像缓冲, 初始化LVGL
最小为1/10个屏幕尺寸所需数据大小
static lv_disp_draw_buf_t draw_buf;
// Declare a buffer for 1/10 screen size
static lv_color_t buf1[ST7735_WIDTH * ST7735_HEIGHT / 10];
// Descriptor of a display driver
static lv_disp_drv_t disp_drv;在 main() 中进行初始化, 注意这部分官网给代码里的类型不太对, 这部分的代码已经修改
lv_init();
// Initialize the display buffer.
lv_disp_draw_buf_init(draw_buf, buf1, NULL, ST7735_WIDTH * ST7735_HEIGHT / 10);lv_disp_drv_init(disp_drv); /*Basic initialization*/
disp_drv.flush_cb my_disp_flush; /*Set your driver function*/
disp_drv.draw_buf draw_buf; /*Assign the buffer to the display*/
disp_drv.hor_res ST7735_WIDTH; /*Set the horizontal resolution of the display*/
disp_drv.ver_res ST7735_HEIGHT; /*Set the vertical resolution of the display*/
lv_disp_drv_register(disp_drv); /*Finally register the driver*/6. 主循环添加 lv_timer_handler()
因为这个 ST7735 没有触屏功能, 所以输入读取函数就省了. 在 main() while(1)主循环中加上 lv_timer_handler() while (1){lv_timer_handler();Delay_Ms(10);}6. 执行示例
经过以上的设置, LVGL就已经集成到项目中了, 可以运行LVGL自带的一些例子查看控件的显示效果
文字标签, 居中和滚动的效果
lv_example_label_1();按钮效果
lv_example_btn_1();源代码
以上LVGL整合示例的完整源代码已经提交到 GitHub: https://github.com/IOsetting/air32f103-template/tree/master/Examples/NonFreeRTOS/SPI/ST7735_LVGL
修改为 DMA 输出
上面的例子是使用 SPI_I2S_SendData() 函数传输图像数据的, 可以修改为 DMA 传输, 因为传输方式的变化, 外设初始化和图像更新要做对应的调整, 这里没有使用中断.
1. 外设调整
GPIO 不变, 启用 SPI 的 DMA
在 APP_SPI_Config()中启用SPI1 DMA /* Enable SPI1 DMA TX request */SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); 开启 DMA 时钟
void APP_DMA_Configuration(void)
{RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
}因为DMA每次传输的数量在变化, 所以DMA的初始化在图像输出的方法里
2. 修改图像更新方法
图像更新方法的变化比较大, 这里需要根据输入的坐标, 计算实际的数据长度, 并对DMA进行初始化, 然后启动传输, 等待完成后关闭DMA
void my_disp_flush(lv_disp_drv_t *disp, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{uint16_t len;DMA_InitTypeDef initStructure;len (area-x2 - area-x1 1) * (area-y2 - area-y1 1) * 2;ST7735_CS_LOW;ST7735_SetAddrWindow(area-x1, area-y1, area-x2, area-y2);/* DMA1 Channel3 (triggered by SPI1 Tx event) Config */DMA_DeInit(DMA1_Channel3);initStructure.DMA_BufferSize len;initStructure.DMA_M2M DMA_M2M_Disable;initStructure.DMA_DIR DMA_DIR_PeripheralDST;initStructure.DMA_MemoryBaseAddr (uint32_t)color_p;initStructure.DMA_MemoryDataSize DMA_MemoryDataSize_Byte;initStructure.DMA_MemoryInc DMA_MemoryInc_Enable;initStructure.DMA_PeripheralBaseAddr (uint32_t)SPI1-DR;initStructure.DMA_PeripheralDataSize DMA_PeripheralDataSize_Byte;initStructure.DMA_PeripheralInc DMA_PeripheralInc_Disable;initStructure.DMA_Priority DMA_Priority_High;initStructure.DMA_Mode DMA_Mode_Normal;DMA_Init(DMA1_Channel3, initStructure);// Start transferDMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);while (!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC3));DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC3);DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE);ST7735_CS_HIGH;// Indicate you are ready with the flushinglv_disp_flush_ready(disp);
}3. 修改色彩字节顺序
上面修改完成后, 再次运行LVGL示例, 会发现颜色不正确, 这是因为在DMA传输中, 将一个 16bit 强转为两个 8bit 了, ST7735收到的两个字节的顺序有变化, 需要编辑 lv_conf.h, 将LV_COLOR_16_SWAP设为1
/*Swap the 2 bytes of RGB565 color. Useful if the display has an 8-bit interface (e.g. SPI)*/
#define LV_COLOR_16_SWAP 1源代码
以上LVGL DMA 示例的完整源代码已经提交到 GitHub: https://github.com/IOsetting/air32f103-template/tree/master/Examples/NonFreeRTOS/SPI/ST7735_LVGL_DMA
集成到 FreeRTOS
进一步, 在 FreeRTOS 中运行 DMA 传输的 LVGL. 在 FreeRTOS 中 LVGL 的初始化是一样的, 有变化的是初始化的时间点, 还有延时函数的修改
1. 将初始化从 main() 移入任务handler
新建lvglTaskHandler()用于处理LVGL初始化, 缓存初始化和执行benchmark, 并用固定间隔调用lv_timer_handler()
static void lvglTaskHandler(void *pvParameters)
{TickType_t xLastWakeTime xTaskGetTickCount();const TickType_t xPeriod pdMS_TO_TICKS(10);(void)(pvParameters); // Suppress unused parameter warningST7735_Init();lv_init();// Initialize the display buffer.lv_disp_draw_buf_init(draw_buf, buf1, NULL, ST7735_WIDTH * ST7735_HEIGHT / 10);lv_disp_drv_init(disp_drv); /*Basic initialization*/disp_drv.flush_cb my_disp_flush; /*Set your driver function*/disp_drv.draw_buf draw_buf; /*Assign the buffer to the display*/disp_drv.hor_res ST7735_WIDTH; /*Set the horizontal resolution of the display*/disp_drv.ver_res ST7735_HEIGHT; /*Set the vertical resolution of the display*/lv_disp_drv_register(disp_drv); /*Finally register the driver*/lv_demo_benchmark();while (1){lv_timer_handler();vTaskDelayUntil(xLastWakeTime, xPeriod);}
}在 main() 中创建任务, 栈深度1024, 需要 4KByte 内存
xTaskCreate(lvglTaskHandler, // Task function pointLVGL Task, // Task name1024, // Stack size, each take 4 bytes(32bit)NULL, // ParametersLVGL_TASK_PRORITY, // PriorityNULL); // Task handler2. 修改延时函数
更新图像的方法不变, 但是需要修改 ST7735 的延时函数, 修改 st7735.c, 引入FreeRTOS.h, 将Delay_Ms(ms);替换为 vTaskDelay(ms);
3. 中断设置
在 FreeRTOSConfig.h 中, 设置系统最高的, 可以安全使用FreeRTOS方法的中断优先级为1
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 0x01因为 AIR32F103 的中断为 3 bit, 可用的优先级为 0 到 7, 这样对于优先级为 0 的中断是不受FreeRTOS控制的, 小于等于 1 的是受FreeRTOS控制的, 可以在中断处理中调用 FreeRTOS 的方法.
将TIM3的中断优先级设置为2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE;
NVIC_Init(NVIC_InitStructure);4. 裁剪 LVGL
因为集成FreeRTOS, 加上运行 Benchmark, 256KB 的 Flash 容量就捉襟见肘了, 默认配置下编译出来会有300多KB, 需要进行压缩
首先确认编译参数已经优化, rules.mk 中, 优化项改为-O3或-Os
# c flags
OPT ? -O3编辑 lv_conf.h 关闭一切不必要的组件, 使用尽可能小的字体(可以用10像素字体), 具体的改动可以参考示例代码.
源代码
以上LVGLFreeRTO 示例的源代码已经提交到 GitHub: https://github.com/IOsetting/air32f103-template/tree/master/Examples/FreeRTOS/LVGL/ST7735_128x160
最后
以上就是在 AIR32F103 上集成 LVGL 的步骤和说明, ST7735 也是常见模块. 对于 DMA 的例子, 可以进一步修改为使用中断判断 DMA 传输结束. 留有空再改了.
