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傻孩子（GorgonMeducer） · 2022年06月30日

【喂到嘴边了的模块】关于我在MDK中部署LVGL只用了5分钟这件小事

Arm 技术开源嵌入式系统

image.png

【说在前面的话】

LVGL的cmsis-pack刚刚完成了6月份的更新，版本号为 v1.0.5。有能力访问Github的朋友可以在MDK的Pack-Installer中刷新获取最新版本。新版本的LVGL追加了以下特性：

  • 加入了拼音输入法（IME）的支持，在RTE中勾选 Pinyin即可
  • 使用 RGB565-A8作为默认的 16 位色支持，取代了原本的 ARGB8565，大幅度的提升了性能（除了要求用户重新用 RGB565-A8生成素材外，没有额外的代价）

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新版本除了追赶主线外，也在简化MDK用户部署过程上做了不少工作。今天的教程就是根据最新的cmsis-pack做的简化教程：

【如何获取 LVGL cmsis-pack】

1、用户可以通过LVGL在Github的仓库直接下载：
https://github.com/lvgl/lvgl/tree/master/env_support/cmsis-pack

2、关注公众号【裸机思维】后，发送消息“LVGL”获取网盘链接。

3、【新】用户也直接通过MDK的Pack-Installer进行直接安装，就像lwIP那样：

image.png

无论采用哪种方法，一旦完成安装，以后就可以通过Pack-Installer来获取最新版本啦。

【如何在MDK中部署LVGL】

步骤一：配置RTE

在MDK中通过菜单 Project->Manage->Run-Time Enviroment 打开RTE配置窗口：

image.png

在RTE配置界面中找到LVGL，将其展开：

image.png

与其它平台下部署LVGL不同，cmsis-pack允许大家像点菜那样只将所需的模块（或者功能）加入到工程中。

注意，这里必点的是“Essential”，它是LVGL的核心服务。一般来说，为了使用LVGL所携带的丰富控件（Widgets），我们还需要选中“Extra Themes”。如果你是第一次为当前硬件平台进行LVGL移植，则非常推荐加点“Porting”——它会为你添加移植所需的模板，非常方便。

单击“OK”关闭RTE配置窗口，我们会看到LVGL已经被加入到工程列表中了：

image.png

此时，我们就已经可以成功编译了。

image.png

步骤二：配置LVGL

将LVGL展开，找到配置头文件 _lv_conf_cmsis.h_：

image.png

该文件其实就是LVGL官方移植文档中所提到的_lv_conf.h_，它是基于lv_conf_template.h 修改而来。值得说明的是，一些模块的开关宏都被删除了，例如：


LV_USE_GPU_ARM2D
LV_USE_GPU_STM32_DMA2D
LV_USE_GPU_NXP_PXP
……

这是因为，当我们在RTE配置窗口中勾选对应选项时，cmsis-pack就会自动把对应的宏定义加入到 RTE_Components.h 里——换句话说，再也不用我们手动添加啦！

image.png

image.png

其它对LVGL的配置，请参考官方文档，这里就不再赘述。

步骤三：使用模板进行移植

当我们在RTE中选择了porting模块后，三个移植模板会被加入到工程列表中。

image.png

它们是可以编辑的，保存在当前工程的RTE/LVGL目录中。

image.png

这些模板极大的简化了我们的驱动移植过程，下面，我们将以lv_port_disp_template为例，为大家介绍这些模板的使用方法：

1、打开 lv_port_disp_template.h，将开头处 #if 0 修改为 #if 1，使整个头文件生效：

image.png

2、打开 lv_port_disp_template.c，将开头处 #if 0 修改为 #if 1，使整个远文件生效。

image.png

3、根据官方 porting 文档的指导，根据你的硬件实际情况，在三种缓冲模式中做出选择：

image.png

需要特别强调的是：如果你的系统没有 DMA或者替用户完成Frame Buffer刷新的专门LCD控制器，那么双缓冲其实是没有意义的（因为无论如何都是CPU在干活，因此不会比单缓冲模式有任何性能上的本质不同）。

4、找到 disp_init() 函数，并在其中添加LCD的初始化代码。 该函数会被 lv_port_disp_init() 调用。

5、找到 disp_flush()函数，并根据你的硬件实际情况，将其改写。比如这是使用 GLCD_DrawBitmap进行实现的参考代码：


/*Flush the content of the internal buffer the specific area on the display
 *You can use DMA or any hardware acceleration to do this operation in the background but
 *'lv_disp_flush_ready()' has to be called when finished.*/
static void disp_flush(lv_disp_drv_t * disp_drv, const lv_area_t * area, lv_color_t * color_p)
{
    if (disp_flush_enabled) {
        GLCD_DrawBitmap(area->x1,               //!< x
                        area->y1,               //!< y
                        area->x2 - area->x1 + 1,    //!< width
                        area->y2 - area->y1 + 1,    //!< height
                        (const uint8_t *)color_p);
    }
    /*IMPORTANT!!!
     *Inform the graphics library that you are ready with the flushing*/
    lv_disp_flush_ready(disp_drv);
}

GLCD_DrawBitmap 用于将给定的显示缓冲区刷新到LCD，其函数原型如下：


/**
  \fn          int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, uint32_t y, uint32_t width, uint32_t height, const uint8_t *bitmap)
  \brief       Draw bitmap (bitmap from BMP file without header)
  \param[in]   x      Start x position in pixels (0 = left corner)
  \param[in]   y      Start y position in pixels (0 = upper corner)
  \param[in]   width  Bitmap width in pixels
  \param[in]   height Bitmap height in pixels
  \param[in]   bitmap Bitmap data
  \returns
   - \b  0: function succeeded
   - \b -1: function failed
*/
int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, 
                         uint32_t y, 
                         uint32_t width, 
                         uint32_t height, 
                         const uint8_t *bitmap)

这里，5个参数之间的关系如下图所示：

image.png

简单来说，这个函数就是把 bitmap 指针所指向的“连续存储区域” 中保存的像素信息拷贝到LCD的一个指定矩形区域内，这一矩形区域由位置信息（x,y）和体积信息（width，height）共同确定。

很多LCD都支持一个叫做“操作窗口”的概念，这里的窗口其实就是上图中的矩形区域——一旦你通过指令设置好了窗口，随后连续写入的像素就会被依次自动填充到指定的矩形区域内（而无需用户去考虑何时进行折行的问题）。

此外，如果你有幸使用带LCD控制器的芯片——LCD的显示缓冲区被直接映射到Cortex-M芯片的4GB地址空间中，则我们可以使用简单的存储器读写操作来实现上述函数，以STM32F746G-Discovery开发板为例：


//! STM32F746G-Discovery
#define GLCD_WIDTH     480
#define GLCD_HEIGHT    272

#define LCD_DB_ADDR   0xC0000000
#define LCD_DB_PTR    ((volatile uint16_t *)LCD_DB_ADDR)

int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, 
                         uint32_t y, 
                         uint32_t width, 
                         uint32_t height, 
                         const uint8_t *bitmap) 
{
    volatile uint16_t *phwDes = LCD_DB_PTR + y * GLCD_WIDTH + x;
    const uint16_t *phwSrc = (const uint16_t *)bitmap;
    for (int_fast16_t i = 0; i < height; i++) {
        memcpy ((uint16_t *)phwDes, phwSrc, width * 2);
        phwSrc += width;
        phwDes += GLCD_WIDTH;
    }

    return 0;
}

6、在 main.c 中加入对 lv_port_disp_template.h 的引用：

#include "lv_port_disp_template.h"

7、在main()函数中对LVGL进行初始化：


int main(void)
{
    ...
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    ...
    while(1) {
        
    }   
}

至此，我们就完成了LVGL在MDK工程的部署。是不是特别简单？

image.png

【时间相关的移植】

根据官方移植文档的要求，我们实际上还需要处理两个问题：

  • 让 lvgl 知道从复位开始经历了多少毫秒
  • 以差不多5ms为间隔，调用函数 lv_timer_handler() 来进行事件处理（包括刷新）

依据平台的不同，小伙伴们当然有自己的解决方案。这里，我推荐一个MDK环境下基于perf_counter的方案，它更通用，也更简单。关于它的使用文章，小伙伴可以参考《【喂到嘴边了的模块】超级嵌入式系统“性能/时间”工具箱》，这里就不再赘述。

步骤一：获取 perf_counter 的cmsis-pack

获取对应的cmsis-pack网盘链接。下载后安装。

步骤二：在工程中部署 perf_counter

打开RTE配置窗口，找到 Utilities 后展开，选中 perf_counter的 Core：

image.png

需要说明的是，无论你用不用操作系统，这里关于各类操作系统的 Patch 你即便不选择也能正常工作，不必担心。单击OK后即完成了部署。

在main()函数中初始化 perf_counter（别忘记添加对头文件 perf_counter.h 的包含）：

#include "perf_counter.h"

int main(void)
{
    /* 配置 MCU 的系统时钟频率 */
    
    /* 重要：更新 SystemCoreClock 变量 */
    SystemCoreClockUpdate(); 
    
    /* 初始化 perf_counter */
    init_cycle_counter(true);
    ...
    while(1) {
    }
    ...
}

需要特别说明的是：

  • 调用 init_cycle_counter() 之前，最好通过 SystemCoreClockUpdate() 来将当前的系统频率更新到关键全局变量 SystemCoreClock 上。你当然也可以自己用赋值语句来做，比如：
extern uint32_t SystemCoreClock;
    SystemCoreClock = 72000000ul;  /* 72MHz */
  • 如果你已经有应用或者RTOS占用了SysTick（一般都是这样），则应该将 true 传递给 init_cycle_counter() 作为参数——告诉 perf_counter SysTick已经被占用了；反之则应该传递 false，此时 perf_counter 会用最大值 0x00FFFFFF来初始化SysTick。

步骤三：更新超级循环

最新版本的LVGL为用户提供了一个全新的方式来周期性的刷新 LVGL任务函数：lv_timer_handler_run_in_period(毫秒数)。无论是裸机还是RTOS环境，你都可以简单的将其插入超级循环中——以指定的ms数为间隔刷新LVGL的任务函数，例如：

int main(void)

【跑分从未如此简单】

完成移植后，也许你会急于想知道当前环境下自己的平台能跑出怎样的帧率吧？别着急，LVGL的cmsis-pack已经为您最好了准备。打开RTE配置窗口，勾选benchmark：

image.png

在 main.c 中加入对 lv_demo_benchmark.h 的“间接”引用：

#include "demos/lv_demos.h"

在 LVGL 初始化代码后，加入benchmark 无脑入口函数：

int main(void)
{
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    
#if LV_USE_DEMO_BENCHMARK
    lv_demo_benchmark();
#endif
    
    while(1) {
        lv_timer_handler_run_in_period(5);
    }
    
}

编译，运行，走起：

image.png

image.png

嗯…… Slow but common case……

image.png

最新的 benchmark 允许我们通过lv_demo_benchmark_set_finished_cb()注册一个回调函数——用于告知我们所有测试已经完成：


static void on_benchmark_finished(void)
{
    
}

int main(void)
{
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    lv_port_indev_init();
    
    lv_demo_benchmark_set_finished_cb(&on_benchmark_finished);
    lv_demo_benchmark();
    //lv_demo_benchmark_set_max_speed(true);
    
    //lv_demo_benchmark_run_scene(43);      // run scene no 31

    while(1) {
        lv_timer_handler();
    }
}

如果我们对具体某一个测试场景感兴趣，还可以在注释掉 lv_demo_benchmark()后通过函数 lv_demo_benchmark_run_scene() 来运行指定编号的场景。

【装逼从未如此简单】

完成移植后，也许你“又”会急于想知道当前环境下自己的平台能跑出怎样的效果吧？（咦？为什么要说又？）别着急，LVGL的cmsis-pack已经为您最好了准备。打开RTE配置窗口，勾选 Demo:Widgets：

image.png

在 main.c 中加入对 lv_demo_widgets.h 的“间接”引用：

#include "demos/lv_demos.h"

在 LVGL 初始化代码后，加入 Demo Widgets 的无脑入口函数：

int main(void)
{

    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    
#if LV_USE_DEMO_BENCHMARK
    lv_demo_benchmark();
#endif
    
#if LV_USE_DEMO_WIDGETS
    lv_demo_widgets();
#endif

    while(1) {
        lv_timer_handler_run_in_period(5);
    }
    
}

需要特别注意的是：要跑这个Demo，Stack（栈）不能小于 4K，切记，切记！

编译，运行，走起：

image.png

【说在后面的话】

最后，对在MDK中用cmsis-pack来部署LVGL的过程感到好奇，但又想有个参考的小伙伴，可以关注下面这个开源项目（也是我负责维护的）：

https://github.com/lvgl/lv_port_an547_cm55_sim

按照readme的教程，你甚至不需要硬件就可以在MDK中免费模拟一个Arm开发板来跑LVGL。加之最近MDK为非商业应用场景提供了几乎没有什么限制的社区版，大家已经可以挺直腰板白嫖MDK啦。

此外，如果你是Raspberry Pi Pico的爱好者，还可以参考这个官方仓库（“又”是我维护的哦）：

https://github.com/lvgl/lv_port_raspberry_pi_pico_mdk

如果他对你有所帮助的话，还请赏赐个Star呀。

原文：裸机思维
作者：GorgonMeducer 傻孩子

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