STM32 LTDC и 7-дюймовый дисплей: часть 109.04.2021 22:17

a96f21726556c531dc63943328ffcc20.jpg

Доброго времени суток.

Речь пойдёт о подключении дисплея AT070TN94 с параллельным интерфейсом к контроллеру STM32H743. И хотя в интернете достаточно много информации по данной теме, при создании своего устройства у меня периодически возникали те или иные вопросы, ответов на которых найти не удавалось. Пишу в первую очередь для новичков, а профи приглашаю почитать ради советов и аргументированной критики (первая статья как-никак).

В первой части статьи затрону частично выбор ЭКБ и настройку LTDC. Если сообщество написанное одобрит, выйдет вторая часть по интеграции с небезызвестным TouchGFX, значительно упрощающим создание графического интерфейса.

У нас было:

  • Задача по созданию некоторого устройства, содержащего среди прочего цветной дисплей достаточно большой диагонали, построенное на базе STM32.

  • Собственно, сам дисплей AT070TN90/92/94. Лично мне при беглом сравнении документации не удалось выявить различий между этими тремя моделями. Дисплей был выбран исходя из доступности к приобретению в известном китайском магазине (по цене около 1000–1500 рублей за штуку).

  • Для работы с данным типом экранов, не содержащим собственной видеопамяти, необходимо где-то хранить отображаемую картинку. ОЗУ микроконтроллера слишком мала для такой задачи, поэтому приходится использовать внешнюю SDRAM память, у нас это была W9812G6KH.

  • Драйвер питания LCD панели. Исходя из документации на дисплей, становится жутко понятно, что ему требуются 4 нестандартных напряжения, это не считая всем знакомых 3.3 В и напряжения питания подсветки. Выбрана микросхема TPS65100.

  • Драйвер подсветки дисплея. Преобразовывает 5В → 9В для питания подсветки, задает ток светодиодов. Поддерживает регулировку яркости путем подачи ШИМ-сигнала. Использовали TPS61040DBVR.

  • Разъем для подключения шлейфа дисплея к печатной плате. Имеет 50 контактов с шагом 0.5 мм. Ищется по запросу «FFC FPC 50 pin» .

  • Целое море различных резисторов, конденсаторов, а также несколько индуктивностей и диодов. Вся эта мелочь необходима в качестве обвязки двум вышеперечисленным драйверам.

Так выглядит сам экран и разъем для подключения к плате
b8d51a27ce1409382103fbc27cbfe1f1.jpg

Немного теории про дисплей

Как я озвучил ранее, дисплей данного типа не имеет на борту собственной видеопамяти. Данные о цвете пикселей непрерывно переносятся непосредственно из параллельного интерфейса, используя в качестве синхронизации сигналы HSYNC, VSYNC, CLK и DE. В параллельную же шину они передаются микроконтроллером прямиком из видеобуфера. Давайте взглянем на картинку ниже, взятого из замечательного Application note AN4861:

01052f2d029397184c3b44ec64d7b6ab.png

Что нам тут пытаются показать?

Получив сигнал VSYNC, дисплей понимает, что начат новый кадр, и готовится принять первый пиксель. Далее следует задержка в несколько тактов CLK, называемая VBP. После чего, получив сигнал HSYNC, выждав опять же некоторую задержку, экран начинает попиксельно заполнять первую строку (1 такт CLK = 1 пиксель). Заполнив строку и выждав задержку (её можно мыслить как некоторая невидимая часть ширины дисплея), снова приходит сигнал HSYNC, начинается заполнение новой строки, и так до конца дисплея + некоторой задержки VFP, которую также можно мыслить как невидимую область под экраном. Заполнив таким образом кадр, следует сигнал VSYNC, и история повторяется.

А что DE? Он сигнализирует о том, что на шине сейчас валидные RGB данные о пикселе (как видно на картинке выше). Вообще, некоторые дисплеи, в том числе и использованный мной, могут работать только от двух сигналов, DE и CLK, вычисляя сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизаций самостоятельно. Соответствующий режим выбирается подачей 1 или 0 на вход MODE экрана. Для конфигурирования LTDC нам в принципе будет все равно, какой режим выбрать: контроллер будет формировать и сигналы H-Vsync, и DE.

Организация схемы питания дисплея

Все необходимые дисплею напряжения будут формировать специально обученные микросхемы TPS61040DBVR и TPS65100, драйверы подсветки и питания LCD матрицы соответственно. В их даташитах хорошо описаны схемы включения и даже даны рекомендации по трассировке печатной платы, поэтому на этих моментах я останавливаться не буду. Все, что необходимо будет сделать — это рассчитать обвязку из резисторов под требуемые напряжения питания по формулам. Ещё у каждой из микросхем есть вход ENABLE, который можно подключить прямо к МК и получить возможно программно управлять питанием экрана. Кроме того, на вход ENABLE драйвера подсветки можно подать ШИМ сигнал и таким образам управлять яркостью. Удобно, не правда ли?

Настраиваем LTDC

Тут мы будем пользоваться CubeMX. Для желающих настроить на регистрах была вот эта статейка, + в Application note AN4861 все подробно расписано и сложностей возникнуть не должно. Сначала тайминги сигналов. Разберу подробно на примере HSYNC.

Для начала сравним 2 картинки.

7f6882895be7fb403fe3fea1c67ef540.png39a069271bf7bb0a2b4993e7938e185f.pngТаблица с числовыми значениями таймингов экрана
331b9d22fe0ba644b7b6299ba0d70af7.png

Обратим внимание на H blanking (картинка 1) и HBP (картинка 2). Видим, что тайминги в понимании ST и производителя дисплея немного разные, соответственно, просто переписать значения таблицы в куб не выйдет, придется открывать калькулятор.

Включим LTDC, выберем режим (у нас это RGB888), и заглянем в настройки.

40c54fa20c6853bca8e29de224c55b0d.png

Начнём. Ширину импульса синхронизации (HS pulse width, таблица 1) даташит нам разрешает выбрать самостоятельно из некоторого диапазона. Пусть будет 18. Далее следите за картинками. HBP = H blanking — HS pulse width. Active width = ширина нашего дисплея. HFP = H front porch (таблица 1).

Аналогично поступаем и с вертикальными таймингами. Что ещё? Полярности сигналов синхронизации либо берем из даташита, либо подбираем экспериментально.

Background color можно установить любой, кроме черного. Этим цветом дисплей радостно встретит нас, если в итоге заработает.

Устанавливаем частоту тактирования блока LTDC равной 33,3 МГц (как указано в таблице 1) путем настройки соответствующей PLL из окна тактирования куба.

Идём на вкладку Layer settings.

549c11b6af909ff871931f8b3d80756e.png

Ставим 1 слой (пока делаем все на минималках, лишь бы работало). Horizontal start = HSYNC width + HBP из предыдущих настроек куба. Это расположение нашего слоя в пространстве дисплея. Если поставить в данном месте 0, начало слоя окажется в невидимой области. С Vertical start аналогично. Формат цвета выберем попроще (RGB88). Frame Buffer Start Address — адрес расположения нашего видеобуфера. В моем (и в вашем, скорее всего, тоже) случае это адрес FMC, в котором живёт внешняя ОЗУ. Либо адрес внешней SPI flash, куда прошита какая-то картинка. Ну и в очередной раз укажем размер активной области дисплея в настройках буфера ниже.

Зайдем на вкладку GPIO settings и вручную укажем максимально возможную скорость использующимся пинам. Это важно, но куб не делает это автоматически.

Уже в самом коде после генерации подадим разрешающие сигналы на включения питающих драйверов, отпустим сигнал RESET дисплея.

И что теперь?

А теперь всё должно заработать. Если нет — диагностику начинать как всегда с питания. Важно, хотя микросхемы-драйверы и имеют встроенную защиту от КЗ, при случайном замыкании выходов питания на землю сгорают моментально. Также возможно, что следует поменять полярность сигналов синхронизации. А может, вы забыли инициализировать микросхему ОЗУ какой-нибудь SDRAM_Initialization_Sequence? И вообще, она у вас точно работает?

Снят ли с дисплея RESET? Посмотреть осциллографом, что там действительно творится на выходах LTDC, посчитать периоды и частоту. Если плата самодельная — проверьте целостность линий.

Если заработало, можно поиграться с Background color, или же залить экран каким-нибудь цветом с помощью memset: 

memset(FRAMEBUFFER_ADDR, 0x00FFFFFF, FRAMEBUFFER_SIZE);

Либо включить DMA2D (в настройках выбрать формат цвета такой же, как в LTDC)

Настройки DMA2D
87f079e5e644cac4963652a63f7a1ec4.png

И попробовать залить экран цветом при помощи него: 

void FillScreen(uint32_t color)
{
  hdma2d.Init.Mode = DMA2D_R2M;
  hdma2d.Init.OutputOffset = 0;
  if(HAL_DMA2D_Init(&hdma2d) == HAL_OK)
  {
    if (HAL_DMA2D_Start(&hdma2d, color, FRAMEBUFFER_ADDR,
    hltdc.LayerCfg[0].ImageWidth, hltdc.LayerCfg[0].ImageHeight) == HAL_OK)
    {
      HAL_DMA2D_PollForTransfer(&hdma2d, 10);
    }
  }
}

Заключительное слово автора

Надеюсь, написанное кому-нибудь пригодится и покажет, что в подключении подобного рода экранов ничего сложного нет (кроме, пожалуй, трассировки печатной платы). Какие-то малозначительные на мой взгляд моменты были выкинуты — спрашивайте в комментариях. В любом случае, спасибо за внимание.

Репозиторий с минимальным проектом тут.

© Habrahabr.ru