[Из песочницы] STM32 и LCD, быстрая заливка экрана10.03.2016 17:18

void SSD1963_WriteDataPix_9(uint32_t pixdata)
{
  SET_LCD_RDS;
  LCD_DATA_PORT->ODR  = (LCD_DATA_PORT->ODR & 0xfe00) | ((pixdata >>  9) & 0x01ff);
  RESET_LCD_WR;
  SET_LCD_WR;

  LCD_DATA_PORT->ODR  = (LCD_DATA_PORT->ODR & 0xfe00) | (pixdata & 0x01ff);
  RESET_LCD_WR;
  SET_LCD_WR;
}

Можно также ради скорости пожертвовать возможностью использования оставшихся портов группы B в режиме вывода и убрать логические операции, касающиеся сохранения их состояния:

void SSD1963_WriteDataPix_9(uint32_t pixdata)
{
  SET_LCD_RDS;
  LCD_DATA_PORT->ODR  = pixdata >>  9;
  RESET_LCD_WR;
  SET_LCD_WR;

  LCD_DATA_PORT->ODR  = pixdata;
  RESET_LCD_WR;
  SET_LCD_WR;
}

Понятно, что в режиме ввода и в альтернативных функциях возможность использования сохранятся, они не зависят от регистра ODR.
Это даст еще некоторое ускорение, до 246 мс.

Осциллограмма

Двигаемся дальше.

Следующим этапом вынесем основной цикл перебора пикселов в функцию на уровень глубже и попробуем сделать программный вариант эмуляции работы канала DMA, прямого доступа к памяти. Для этого нам надо перенести линию управления WE дисплея в группу, где расположена шина данных, т.е. GPIO B. Пусть это будет PB9.

void SSD1963_WriteDataPix_9(uint32_t pixdata, uint32_t n){
  static uint32_t dp[4];
  uint8_t i;
  SET_LCD_RDS;
  RESET_LCD_WR;
  dp[0] = (pixdata >>  9) & 0x01ff;
  dp[1] = ((pixdata >>  9) & 0x01ff) | 0x0200;
  dp[2] = pixdata & 0x01ff;
  dp[3] = (pixdata & 0x01ff) | 0x0200;
  for (;n;n--){
      for (i=0;i<4;i++) {
          LCD_DATA_PORT->ODR = dp[i];
      }
  }
 
void SSD1963_ClearScreen_9(uint32_t color)
{
  SSD1963_SetArea(0, TFT_WIDTH-1 , 0, TFT_HEIGHT-1);
  SSD1963_WriteCommand(0x002c);
  SSD1963_WriteDataPix_9(color, TFT_HEIGHT*TFT_WIDTH);
}

Как видно из кода, мы последовательно записываем 9 варианта данных в группу портов B, где кроме 9-битной шины данных расположен также сигнал WE. Операция » | 0×0200» — это как раз выставление этого сигнала. Такой код дает великолепный прирост до 85 мс, а если заменить определение массива «static uint32_t dp[4]» на «static uint16_t dp[4]», то и до 75 мс. Для проверки был замерен вариант с включением режима DMA и такой же передачей содержимого 4-х ячеек в порт ввода-вывода. Результат всего лишь 230 мс. Почему DMA медленнее? Все просто, в программном режиме компилятор оптимизирует код и все 4 значения размещаются в регистрах процессора, а не в памяти, а выборка из памяти, которая выполняется контроллером DMA, идет значительно медленнее, чем работа с регистрами.
Скомпилированный основной цикл выглядит так:

08000265: ldr r3, [pc, #24] ; (0x8000280 )
08000267: str r6, [r3, #12]
08000269: str r5, [r3, #12]
0800026b: str r4, [r3, #12]
0800026d: str r1, [r3, #12]
0800026f: subs r2, #1
08000271: bne.n 0x8000266

В этом варианте, а также в варианте с каналом DMA остается ограничение на использование портов PB10-PB15. Однако на них можно вывести сигналы дисплея RST и D/C и учесть их в цикле, тогда ограничений будем меньше.

Таким образом, мы достигли максимальной скорости заполнения целиком экрана или прямоугольной области одним цветом. Вроде бы это предел, но можно ввести еще одно ограничение и двинуться чуть дальше.

Дело в том, что в некоторых применениях дисплея не нужен весь набор цветов (в RGB656 — 65536 цветов). Например, в области АСУТП, где требуется отображать состояние производственного объекта, либо какое-то текстовое применение, отображение сообщений. Если это предположение верно, и нам не требуется отображать полноцветные фото- и видеоматериалы, то попробуем продолжить оптимизацию.
Рассмотрим палитру, где у каждого цвета равны первая и вторая часть данных, передаваемых по шине в дисплей. Т.е. из 18 бит модели RGB666, первые 9 бит равны вторым 9. Это дает нам 2^9=512 цветов. Возможно кому-то покажется недостаточно, но для построения графиков или отображения алфавитно-цифровой информации вполне может хватить. Назовем их условно «симметричные цвета».

Что нам дает использование только этих цветов? Да то что для заполнения области нам не надо менять состояние шины данных в процессе заливки. Достаточно переключать состояние сигнала WE и считать сколько раз мы это сделали. Более того, можно инвертировать WE сколько угодно долго, главное не меньше чем нужно для заполнения области. Нетрудно посчитать, что раз на один пиксел нам требуется передать два блока данных по шине, то требуется 2 подтверждения сигналом WE. Соответственно на весь экран надо (Ширина_экрана*Длина_экрана*2) импульсов, или 800×240*2=768000.

Как проще генерировать импульсы. Конечно! Можно использовать таймер. TIM1 в данном контроллере более быстрый, чем таймеры TIM2-TIM4, т.к. находится на более скоростной шине тактирования APB2. Исследования показали, что включив таймер в режиме ШИМ генератора с минимальным делителем можно получить время заполнения 32 мс! Понятно что сигнал WE надо снимать с выхода таймера, например PA8 (TIM1_CH1).

Можно еще увеличить скорость заполнения? Оказалось да, просто подав сигнал SYSCLK с выхода RCC_MCO на вхож WE LCD. Это максимальная доступная частота на процессоре, 72 МГц. Время заполнения дисплея симметричным цветом составляет 10.7 мс.
Отсчитывается время таймером, после чего по прерыванию сигнал снимается, а порт переключается в режим вывода.

//инициализация таймера
void SSD1963_TimInit2(void){
  TIM_TimeBaseInitTypeDef Timer;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
  TIM_TimeBaseStructInit(&Timer);
  Timer.TIM_Prescaler = 72-1;
  Timer.TIM_Period = 10000;
  Timer.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Down;
  TIM_TimeBaseInit(TIM4, &Timer);
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
  NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn);
}

void SSD1963_WriteDataPix(uint32_t pixdata, uint32_t n){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStr;
  SET_LCD_RDS;
  LCD_DATA_PORT->ODR = (LCD_DATA_PORT->ODR & ~0x01ff) | (pixdata & 0x01ff);
  GPIO_InitStr.GPIO_Pin = LCD_WR; 
  GPIO_InitStr.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStr.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(LCD_WR_PORT, &GPIO_InitStr); // включение альтернативной функции
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, DISABLE); // запрет вызова прерывания во время обновления делителя
  if (n > 32000 ){
    TIM_PrescalerConfig(TIM4, 72 - 1, TIM_PSCReloadMode_Immediate); // период 1 мкс
    TIM4->CNT = (uint16_t) (n / 36); // вычисляем время в мкс на заливку
  } else {
    TIM_PrescalerConfig(TIM4, 0, TIM_PSCReloadMode_Immediate); // период 1/72 мкс (минимальный)
    TIM4->CNT = (uint16_t) (n * 2 - 1); // два такта на заливку пикселя
  }
  TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update); // сброс запроса прерывания
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);  // разрешение прерывания
  RCC_MCOConfig(RCC_MCO_SYSCLK); //MCO выберем источник
  TIM4->CR1 |= TIM_CR1_CEN; //запуск таймера
}

void TIM4_IRQHandler()
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStr;
  if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update) != RESET)
  {
    TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update); // сброс запроса прерывания
    TIM_Cmd(TIM4, DISABLE); // выключение таймера
    RCC_MCOConfig(RCC_MCO_NoClock); //  выключение SYSCLK на выходе MCO
    GPIO_InitStr.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 
    GPIO_InitStr.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStr.GPIO_Pin = LCD_WR;
    GPIO_Init(LCD_WR_PORT, &GPIO_InitStr); // переключение порта в режим вывода
  }
}

void SSD1963_ClearScreen_9(uint32_t color)
{
  SSD1963_SetArea(0, TFT_WIDTH-1 , 0, TFT_HEIGHT-1);
  SSD1963_WriteCommand(0x2c);
  SSD1963_WriteDataPix(color, TFT_HEIGHT*TFT_WIDTH);
}

int main(void){
  tick_init(); // инициализация системного таймера
  lcd_port_init(); // инициализация портов ввода-вывода
  SSD1963_Init(); // инициализация дисплея
  SSD1963_TimInit2(); // инициализация таймера TIM4
  SSD1963_ClearScreen_9(0x1ff); // Заливка экрана белым цветом
  while(1)  {}
}

Таймер отсчитывает время с точностью 1/72 мкс для количества точек, меньшего 32000 и с точностью 1 мкс для большего количества точек. Это связано с разрядностью счетчика таймера. Учитывая, что требуется какое-то время на обработку прерывания при выключении таймера, сигнал на выходе MCO снимается немного позднее, чем требуется, с небольшим запасом. Экспериментально установлено что это около 10–11 тактов частоты процессора. Таким образом, можно сказать что есть порог использования данной методики, при котором она остается быстрее, несмотря на накладные расходы на инициализацию таймера и RCC_MCO и отключение. Квадрат 2×2 пиксела вероятно выгоднее программно заполнять по циклу.

В качестве вывода можно сказать что, добавив некоторые ограничения, было уменьшено время заполнения экрана с 375 до 11 мс. Кроме того, заполнение идет без участия процессора, который в это время может выполнять другие задачи.

Буду рад замечаниям и дополнениям.

© Habrahabr.ru