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盼盼_dRglQm · 1 天前

【Mini-F5375-OB开发板评测】体验极速之SPI——驱动ST7789LCD屏

安谋科技嵌入式系统C

【前言】
感谢极术社区、灵动微电子，给予了我这次试用Mini-F5375-OB开发板评测活动的机会。本篇我将分享如何体验从模拟SPI到硬件SPI来驱动ST7789LCD屏的体验。
【硬件】
1、Mini-F5375-OB开发板
2、ST7789LCD屏，为四线驱动接口。
3、逻辑分析仪
4、示波器
【硬件连线】
本次试验，我使用开发板的SP1与LCD屏进行连接，接线如下：
LCD_PWR：PA0
LCD_RST：PA2
LCD_WR： PA3
LCD_CS： PA4
LCD_SCK PA5
LCD_SDA PA7
为了方便测试，我使用了一个面包板进行转接，连接好后图如下：
1b790d29a8d793b39e2e342823d5f8a.jpg
（线有点多---）
【驱动过程】
1、为了验证驱动，我先使用模拟的SPI进行测试。先在LCD.h中宏定义如下：

#define LCD_PWR_PORT  GPIOA
#define LCD_PWR_PIN   GPIO_Pin_0
#define LCD_RST_PORT GPIOA
#define LCD_RST_PIN GPIO_Pin_2
#define LCD_WR_PORT GPIOA
#define LCD_WR_PIN GPIO_Pin_3
#define LCD_CS_PORT GPIOA
#define LCD_CS_PIN GPIO_Pin_4
#define LCD_SCK_PORT GPIOA
#define LCD_SCK_PIN GPIO_Pin_5
#define LCD_SDA_PORT GPIOA
#define LCD_SDA_PIN GPIO_Pin_7

#define LCD_PWR(n) (n ? GPIO_SetBits(LCD_PWR_PORT, LCD_PWR_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_PWR_PORT, LCD_PWR_PIN))
#define LCD_RST(n) (n? GPIO_SetBits(LCD_RST_PORT, LCD_RST_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_RST_PORT, LCD_RST_PIN))
#define LCD_WR(n) (n? GPIO_SetBits(LCD_WR_PORT, LCD_WR_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_WR_PORT, LCD_WR_PIN))
#define LCD_CS(n) (n? GPIO_SetBits(LCD_CS_PORT, LCD_CS_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_CS_PORT, LCD_CS_PIN))
#define LCD_SCK(n) (n? GPIO_SetBits(LCD_SCK_PORT, LCD_SCK_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_SCK_PORT, LCD_SCK_PIN))
#define LCD_SDA(n) (n? GPIO_SetBits(LCD_SDA_PORT, LCD_SDA_PIN) : GPIO_ResetBits(LCD_SDA_PORT, LCD_SDA_PIN))

2、初始化GPIO，由于不用读取LCD屏的参数，所以配置IO为高速上拉输出即可：

/**************************************************************
函数名称 : lcd_gpio_init
函数功能 : lcd gpio初始化
输入参数 : 无
返回值       : 无
备注         : 无
**************************************************************/
void lcd_gpio_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);
    /*Configure Powr */
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_PWR_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_PWR_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /*config rst  pin*/
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_RST_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_RST_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /*config cs pin*/
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_CS_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_CS_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /*config wr pin*/
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_WR_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_WR_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /*Configure sck pin     */
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_SCK_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /*Configure sda pin     */
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LCD_SDA_PIN;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_Init(LCD_SDA_PORT, &GPIO_InitStruct);    

}

3、定义好后，编写向总线写入指令与数据的函数：

/**************************************************************
函数名称 : lcd_write_reg
函数功能 : 向lcd驱动芯片写一个命令
输入参数 : reg：要写入的命令
返回值       : 无
备注         : LCD_WR为0时表示写命令
**************************************************************/
void lcd_write_reg(uint8_t reg)
{
    uint8_t i;

    LCD_CS(0);
    LCD_WR(0);

    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        LCD_SCK(0);
        if (reg & 0x80)
            LCD_SDA(1);
        else
            LCD_SDA(0);
        LCD_SCK(1);
        reg <<= 1;
    }
    LCD_CS(1);
    LCD_WR(1);
}

/**************************************************************
函数名称 : lcd_write_reg
函数功能 : 向lcd驱动芯片写一个数据
输入参数 : data：要写入的数据
返回值       : 无
备注         : LCD_WR为1时表示写数据
**************************************************************/
void lcd_write_data(uint8_t data)
{
    uint8_t i;

    LCD_CS(0);
    LCD_WR(1);

    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        LCD_SCK(0);
        if (data & 0x80)
            LCD_SDA(1);
        else
            LCD_SDA(0);
        LCD_SCK(1);
        data <<= 1;
    }
    LCD_CS(1);
    LCD_WR(1);
}

4、到此模拟spi的移植就完成，其余功能函数见附件。
【测试】
将lcd.c/h加入mdk工程中，在Main中添加测试函数：

int main(void)
{
    PLATFORM_Init();
      lcd_init();
    lcd_clear(BLUE);
    lcd_show_string(30, 100, 200, 30, (uint8_t *)("hello world"), 24, 0);
    lcd_show_string(20, 140, 200, 30, (uint8_t *)("Mini-F5375-OB"), 24, 0);

编译下载到开发板，效果如下：
1eb88c58c12996a58d22224ec4bc5ce.jpg
为了查看速度如何，我接上逻辑分析仪查看SCK的时序，发现速度为1.5MHz。
image.png
肉眼查看刷新速度非常慢。
【提升速度之一】
编优化选项修改为O3，再查看SCK的时序图，提升到了6.25MHz，提升速度还是非常明显的。
image.png
【提升速度之二】
修改GPIO为直接对寄存器的操作代码如下：

#define LCD_PWR(n) (n ? (LCD_PWR_PORT->BSRR = LCD_PWR_PIN) : (LCD_PWR_PORT->BRR = LCD_PWR_PIN))
#define LCD_RST(n) (n? (LCD_RST_PORT->BSRR = LCD_RST_PIN) : (LCD_RST_PORT->BRR = LCD_RST_PIN))
#define LCD_WR(n) (n? (LCD_WR_PORT->BSRR = LCD_WR_PIN) : (LCD_WR_PORT->BRR = LCD_WR_PIN))
#define LCD_CS(n) (n? (LCD_CS_PORT->BSRR = LCD_CS_PIN) : (LCD_CS_PORT->BRR = LCD_CS_PIN))
#define LCD_SCK(n) (n? (LCD_SCK_PORT->BSRR = LCD_SCK_PIN) : (LCD_SCK_PORT->BRR = LCD_SCK_PIN))
#define LCD_SDA(n) (n? (LCD_SDA_PORT->BSRR = LCD_SDA_PIN) : (LCD_SDA_PORT->BRR = LCD_SDA_PIN))

修改后，速度提升1倍，上升到了13.33MHz。刷新明显提升。
image.png
【小结】
通过一系列的优化，模拟SPI也可以跑出好成绩了，说明MM32F5375的GPIO外设是非常优秀的。
【硬件SPI驱动】
上面是使用GPIO来模拟SPI，最高速度也就跑到了13.3MHz,从F5370的数据手上册上看，SPI是挂载在APB2时钟总线上，最高时钟可以跑到180MHz，SPI最小分频为2，那莫理论上可以跑到90MHz的速度。
【初始化SPI1】
初始化的配置如下：

/**************************************************************
函数名称 : spi1_init
函数功能 : 硬件sp1初始化
输入参数 : 无
返回值       : 无
备注         : 配置成主机模式
**************************************************************/
static void spi1_init(void)
{
    SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    SPI_StructInit(&SPI_InitStruct); 
    SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStruct.SPI_DataWidth = 8;
    SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
    SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
    SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct);

    SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI1, SPI_Enable_RX);
    SPI_BiDirectionalLineConfig(SPI1, SPI_Enable_TX);

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

//    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_5); /* PA4 SPI_NSS */
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_5); /* PA5 SPI_SCK */
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_5); /* PA6 SPI_MISO */
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_5); /* PA7 SPI_MOSI */

    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);   
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin   =  GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_High;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

修改发送数据函数如下：

/**************************************************************
函数名称 : sp1_write_byte
函数功能 : SPI1 写size个字节
输入参数 : w_data：要写入的字节，size：写入字节大小
返回值       : 0 --> 写入成功，其他 --> 写入失败
备注         : 无
**************************************************************/
uint8_t sp1_write_byte(uint8_t *r_data, uint16_t size)
{
      uint8_t i = 0;
    volatile uint8_t Data = 0;

    for (i = 0; i < size; i++)
    {
        SPI_SendData(SPI1, r_data[i]);

        while (RESET == SPI_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_TXEPT))
        {
        }

        while (RESET == SPI_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_RXAVL))
        {
        }

    }
        return 0;
}

编译后下载程序到开发板，肉眼观看整屏刷新，相比模拟SPI是提升巨大。当我设置分频为2时，我的逻辑分析仪已经不正确的捕获到SCK的时序图了。我把分频系数调整为8。测得速度为18.20MHz
image.png
当分频系数调为2时，测得频率为62.5MHz
cf8f49c674477ab1ea3ddcda36260ea.jpg
【注】我的示波器比较差，升级后才是100M的带宽。可能数据不一定准确。
【总结】
通过上面的测试，我使用模拟以及硬件SPI来驱动LCD屏，同时通过逻辑分析仪、示波器来对SCK的速度进行了简单的测试发现F5375的外设非常优秀。

初充：
我后面打印了一下总线时钟，原来使用示例配置的总线时钟为150MHz，我后面重新配置了一下总线时钟为180MHz，SPI分频为4时，测得SPI的总线时钟为45.4MHz：
a214674feaad103bd3bed1d41371e56.jpg
修改为2分频时，由于我接上示波器的探头就会有干扰，根据计算那么SPI总线是可以跑到90MHz的。

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