STM32F4 LCD 显存 + DMA 数据传输方法详解

本文将介绍如何在 STM32F4 微控制器上使用显存和 DMA 传输数据到 LCD 屏幕。这种方法可以显著提高数据传输速度，减少 CPU 占用率，提升显示性能。

一、原理

显存: 一块内存区域，用于存储要显示在 LCD 屏幕上的图像数据。
DMA (Direct Memory Access): 一种硬件机制，允许数据在内存和外设之间直接传输，无需 CPU 干预。
数据传输流程: 将图像数据写入显存，然后使用 DMA 将显存数据传输到 LCD 控制器的帧缓冲区，从而刷新屏幕显示。

二、代码示例

以下是一段使用显存 + DMA 传输数据的 STM32F4 LCD 标准库代码：

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_dma.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_spi.h"

#define LCD_WIDTH  240
#define LCD_HEIGHT 320

uint16_t lcdBuffer[LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT]; // 显存缓冲区

void LCD_Init(void)
{
  // 初始化SPI
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
  SPI_InitTypeDef spiInitStruct;
  SPI_StructInit(&spiInitStruct);
  spiInitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
  spiInitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
  spiInitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
  spiInitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
  spiInitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
  spiInitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;
  SPI_Init(SPI1, &spiInitStruct);
  SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

  // 初始化GPIO
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  GPIO_InitTypeDef gpioInitStruct;
  GPIO_StructInit(&gpioInitStruct);
  gpioInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_7;
  gpioInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  gpioInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  gpioInitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  gpioInitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  GPIO_Init(GPIOA, &gpioInitStruct);
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_SPI1);
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_SPI1);
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_SPI1);

  // 初始化DMA
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2, ENABLE);
  DMA_InitTypeDef dmaInitStruct;
  DMA_StructInit(&dmaInitStruct);
  dmaInitStruct.DMA_Channel = DMA_Channel_3;
  dmaInitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&SPI1->DR;
  dmaInitStruct.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)lcdBuffer;
  dmaInitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;
  dmaInitStruct.DMA_BufferSize = LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT;
  dmaInitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
  dmaInitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
  dmaInitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
  dmaInitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
  dmaInitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
  dmaInitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
  dmaInitStruct.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;
  dmaInitStruct.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
  dmaInitStruct.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
  dmaInitStruct.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
  DMA_Init(DMA2_Stream3, &dmaInitStruct);

  // 启动DMA传输
  DMA_Cmd(DMA2_Stream3, ENABLE);
}

void LCD_Update(void)
{
  // 等待DMA传输完成
  while (DMA_GetFlagStatus(DMA2_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3) == RESET);

  // 清除DMA传输完成标志
  DMA_ClearFlag(DMA2_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3);

  // 刷新LCD显示
  // ...
}

int main(void)
{
  LCD_Init();

  while (1) {
    // 更新显存
    // ...

    // 开始DMA传输
    DMA_Cmd(DMA2_Stream3, ENABLE);

    // 等待DMA传输完成
    while (DMA_GetFlagStatus(DMA2_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3) == RESET);

    // 清除DMA传输完成标志
    DMA_ClearFlag(DMA2_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3);

    // 刷新LCD显示
    LCD_Update();
  }
}

三、代码说明

初始化 SPI: 配置 SPI1 为主模式，并设置数据传输格式为 16 位。
初始化 GPIO: 配置 GPIOA 上的引脚为 SPI1 的 AF 模式，用于连接 SPI1 的信号线。
初始化 DMA: 配置 DMA2_Stream3，设置 DMA 传输方向为内存到外设，传输数据大小为 LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT 个 16 位数据，并将 DMA 来源设置为显存缓冲区，目标设置为 SPI1 的数据寄存器。
启动 DMA: 使用 DMA_Cmd() 函数启动 DMA 传输。
等待 DMA 完成: 使用 DMA_GetFlagStatus() 函数检测 DMA 传输完成标志，并在 DMA 完成后清除标志。
更新 LCD 显示: 在 DMA 传输完成后，调用 LCD_Update() 函数刷新 LCD 显示。

四、注意事项

在使用 DMA 传输数据时，需要确保 DMA 传输的优先级高于其他外设访问内存的优先级，避免数据冲突。
需要根据实际情况修改 LCD_WIDTH 和 LCD_HEIGHT 宏定义，以及显存缓冲区的大小。
为了提高显示效率，建议使用双缓冲技术，即使用两个显存缓冲区，一个用于更新数据，另一个用于显示，这样可以避免屏幕闪烁。
代码中 LCD_Update() 函数的具体实现需要根据您的 LCD 控制器的具体型号进行调整。

五、总结

本文介绍了如何在 STM32F4 微控制器上使用显存和 DMA 传输数据到 LCD 屏幕，并提供了一段完整的标准库代码示例。这种方法可以显著提高数据传输速度，减少 CPU 占用率，提升显示性能。希望本文对您有所帮助。