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【单片机】用stm32f103驱动ili9341

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发表于 2018-11-6 07:20:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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x
    上次写的代码用了DMA,做了个异步架构。但其实对于传输的数据很小,等待的数量却很多的情况下,这么做犹如大炮打蚊子——设置DMA通道那会儿花费的时间足够SPI传输完所需要的数据了。ili9341屏幕对于传输“命令”的时候DC线必须为低电平,而传输“数据”的时候DC必须为高电平,命令通常只有1字节,传输完了后就要立即传输数据作为“参数”。这个时候如果你要使用那个异步DMA方式来完成命令和数据的自动传输的话,你不能一次性就把命令和数据都打包好让DMA自动传递数据给SPI控制器,必须在发送完命令后等SPI控制器真的完成了数据传输,再设置GPIO的状态(DC线的电平),然后再进行下一轮的DMA传输。在绘制大量“随机坐标”的像素点,比如使用“中点画圆算法”画圆的时候,或者绘制斜线的时候,由于一条由像素块组成的“斜线”通常由无数条不同长度的由像素块组成的“直线段”组成,这些“直线段”很多时候都很短,使用异步DMA的话,你会把大量的时间浪费在读取异步操作队列、设置DMA通道等各种初始化的操作上。

    事实上,stm32f103它也并不适合这种方式。它既不能产生足够多的、值得去使用异步方式进行输出的数据,速度也不够快——ili9341支持很高的SPI波特率,至少你可以每秒传输60帧以上的每像素18bit的全屏画面(320x240x18,共1382400bit,也就是172800字节。每秒钟60帧意味着波特率约为82 MHz)而stm32f103的SPI波特率一般只能到36 MHz(SPI1运行于APB2,假设主频72 MHz,APB2也是72 MHz)。直接使用写外设寄存器来通讯的方式已经足够。
[C] 纯文本查看 复制代码
#include<inttypes.h>
#include<stm32f10x.h>
#include<system_stm32f10x.h>
#include<stddef.h>

#include"delay.h"
#include"ili9341.h"

#define ILI9341_RCC_APB2Periph_SPIx			RCC_APB2Periph_SPI1
#define ILI9341_RCC_APB2Periph_GPIOx		RCC_APB2Periph_GPIOA
#define ILI9341_GPIOx						GPIOA
#define ILI9341_SPIx						SPI1
#define ILI9341_RESET_PIN					GPIO_Pin_2
#define ILI9341_DC_PIN						GPIO_Pin_3
#define ILI9341_CS_PIN						GPIO_Pin_4
#define ILI9341_SCK_PIN						GPIO_Pin_5
#define ILI9341_MISO_PIN					GPIO_Pin_6
#define ILI9341_MOSI_PIN					GPIO_Pin_7
#define ILI9341_LED_PIN						GPIO_Pin_8

int ILI9341_XRes;
int ILI9341_YRes;
int ILI9341_bpp;

// 配置外设时钟
static void ILI9341_RCC_Configuration()
{
	RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(ILI9341_RCC_APB2Periph_SPIx | ILI9341_RCC_APB2Periph_GPIOx | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
}

// 配置GPIO
static void ILI9341_GPIO_Configuration()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ILI9341_SCK_PIN | ILI9341_MOSI_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_Init(ILI9341_GPIOx, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ILI9341_MISO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(ILI9341_GPIOx, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ILI9341_RESET_PIN | ILI9341_DC_PIN | ILI9341_CS_PIN | ILI9341_LED_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Init(ILI9341_GPIOx, &GPIO_InitStructure);
}

// 配置SPI
static void ILI9341_SPI_Configuration()
{
	SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
	
	SPI_StructInit(&SPI_InitStructure);
	SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
	SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
	SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
	SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
	SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
	SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
	SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
	SPI_Init(ILI9341_SPIx, &SPI_InitStructure);
	SPI_Cmd(ILI9341_SPIx, ENABLE);
}

// 使用SPI进行传输
static uint32_t ILI9341_SPIx_Transfer(uint32_t data)
{
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(ILI9341_SPIx, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);
	SPI_I2S_SendData(ILI9341_SPIx, data);
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(ILI9341_SPIx, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);
	return SPI_I2S_ReceiveData(ILI9341_SPIx);
}

// 等待SPI忙状态
static void ILI9341_SPIx_Flush()
{
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(ILI9341_SPIx, SPI_I2S_FLAG_BSY) == SET);
}

// SPI控制器切到8bit模式
static void ILI9341_SPIx_8bit()
{
	ILI9341_SPIx_Flush();
	SPI_Cmd(ILI9341_SPIx, DISABLE);
	SPI_DataSizeConfig(ILI9341_SPIx, SPI_DataSize_8b);
	SPI_Cmd(ILI9341_SPIx, ENABLE);
}

// SPI控制器切到16bit模式
static void ILI9341_SPIx_16bit()
{
	ILI9341_SPIx_Flush();
	SPI_Cmd(ILI9341_SPIx, DISABLE);
	SPI_DataSizeConfig(ILI9341_SPIx, SPI_DataSize_16b);
	SPI_Cmd(ILI9341_SPIx, ENABLE);
}

//  设置屏幕方向
void ILI9341_SetOrientation(int orient)
{
	uint8_t o;
	switch(orient)
	{
	case 0: // 水平
		o = 0x28;
		ILI9341_XRes = 320;
		ILI9341_YRes = 240;
		break;
	case 1: // 垂直(默认)
		o = 0x48;
		ILI9341_XRes = 240;
		ILI9341_YRes = 320;
		break;
	case 2: // 垂直反向
		o = 0x88;
		ILI9341_XRes = 240;
		ILI9341_YRes = 320;
		break;
	case 3: // 水平反向
		o = 0xE8;
		ILI9341_XRes = 320;
		ILI9341_YRes = 240;
		break;
	default:
		return;
	}
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x36);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(o);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 设置传输的像素格式为RGB565
void ILI9341_Set16bpp()
{
	ILI9341_bpp = 16;
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x3A);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x55);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 设置传输的像素格式为RGB666(实际传输是RGB888,每通道低位会被ILI9341丢弃)
void ILI9341_Set18bpp()
{
	ILI9341_bpp = 18;
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x3A);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x66);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 初始化ILI9341
void ILI9341_Init()
{
	ILI9341_RCC_Configuration();
	ILI9341_GPIO_Configuration();
	ILI9341_SPI_Configuration();
	
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_LED_PIN | ILI9341_RESET_PIN; // 熄灯,重置
	delay_ms(10);
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_RESET_PIN; // 结束重置,等待初始化
	delay_ms(50);
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN; // 传输命令
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x11); // 退出睡眠
	delay_ms(150);
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x29); // 开启显示
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
	
	ILI9341_SetOrientation(1); // 设置朝向
	ILI9341_Set16bpp(); // 设置像素格式(默认18bpp)
	
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_LED_PIN; // 屏幕亮灯
}

// 垂直滚动
void ILI9341_VScroll(int top, int lines, int dest_y)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x33);
	ILI9341_SPIx_16bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(top);
	ILI9341_SPIx_Transfer(lines);
	ILI9341_SPIx_Transfer(ILI9341_YRes - top - lines);
	ILI9341_SPIx_8bit();
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x37);
	ILI9341_SPIx_16bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(dest_y);
	ILI9341_SPIx_8bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 设置地址窗口
void ILI9341_SetAddress(int x1, int y1, int x2, int y2)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x2A);
	ILI9341_SPIx_16bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(x1);
	ILI9341_SPIx_Transfer(x2);
	ILI9341_SPIx_8bit();
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x2B);
	ILI9341_SPIx_16bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(y1);
	ILI9341_SPIx_Transfer(y2);
	ILI9341_SPIx_8bit();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 设置亮度
void ILI9341_SetBrightness(uint8_t brightness)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x51);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(brightness);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 取得亮度
uint8_t ILI9341_GetBrightness()
{
	uint8_t brightness;
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x52);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0);
	brightness = ILI9341_SPIx_Transfer(0);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
	return brightness;
}

// 取像素
uint32_t ILI9341_GetPixel(int x, int y)
{
	uint32_t ret = 0;
	if(x < 0 || y < 0 || x >= ILI9341_XRes || y >= ILI9341_YRes) return 0;
	
	ILI9341_SetAddress(x, y, ILI9341_XRes - 1, ILI9341_YRes - 1); // 把x,y当作“起点”
	ILI9341_ReadGRAM(&ret, 1);
	return ret;
}

// 绘制单个像素。慢。
void ILI9341_SetPixel(int x, int y, int r, int g, int b)
{
	if(x < 0 || y < 0 || x >= ILI9341_XRes || y >= ILI9341_YRes) return;
	
	ILI9341_SetAddress(x, y, ILI9341_XRes - 1, ILI9341_YRes - 1); // 把x,y当作“起点”
	ILI9341_WriteGRAMColor(r, g, b, 1);
}

// 读显存
void ILI9341_ReadGRAM(void *ptr, size_t count)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x2E);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0); // dummy read
	if(ILI9341_bpp == 16)
	{
		uint16_t *ptr_16 = ptr;
		ILI9341_SPIx_16bit();
		while(count --) *ptr_16 ++ = ILI9341_SPIx_Transfer(0);
		ILI9341_SPIx_8bit();
	}
	else
	{
		uint8_t *ptr_8 = ptr;
		while(count --)
		{
			*ptr_8 ++ = ILI9341_SPIx_Transfer(0);
			*ptr_8 ++ = ILI9341_SPIx_Transfer(0);
			*ptr_8 ++ = ILI9341_SPIx_Transfer(0);
		}
		ILI9341_SPIx_Flush();
	}
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 写显存
void ILI9341_WriteGRAM(void *ptr, size_t count)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x2C);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	if(ILI9341_bpp == 16)
	{
		uint16_t *ptr_16 = ptr;
		ILI9341_SPIx_16bit();
		while(count --) ILI9341_SPIx_Transfer(*ptr_16 ++);
		ILI9341_SPIx_8bit();
	}
	else
	{
		uint16_t *ptr_8 = ptr;
		while(count --)
		{
			ILI9341_SPIx_Transfer(*ptr_8 ++);
			ILI9341_SPIx_Transfer(*ptr_8 ++);
			ILI9341_SPIx_Transfer(*ptr_8 ++);
		}
		ILI9341_SPIx_Flush();
	}
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 向显存里重复写入纯色
void ILI9341_WriteGRAMColor(int r, int g, int b, size_t count)
{
	ILI9341_GPIOx->BRR = ILI9341_CS_PIN | ILI9341_DC_PIN;
	ILI9341_SPIx_Transfer(0x2C);
	ILI9341_SPIx_Flush();
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_DC_PIN;
	if(ILI9341_bpp == 16)
	{
		uint16_t color_value =
			((r << 8) & 0xF800) |
			((g << 3) & 0x07E0) |
			((b >> 3) & 0x001F) |
			0;
		ILI9341_SPIx_16bit();
		while(count --) ILI9341_SPIx_Transfer(color_value);
		ILI9341_SPIx_8bit();
	}
	else
	{
		while(count --)
		{
			ILI9341_SPIx_Transfer(r);
			ILI9341_SPIx_Transfer(g);
			ILI9341_SPIx_Transfer(b);
		}
		ILI9341_SPIx_Flush();
	}
	ILI9341_GPIOx->BSRR = ILI9341_CS_PIN;
}

// 读取像素,注意SPI频率必须不能高于24 MHz
size_t ILI9341_ReadPixels(int x, int y, int w, int h, void *ptr)
{
	size_t count;
	size_t cb;
	if(x < 0)
	{
		w += x;
		if(w < 1) return 0;
		x = 0;
	}
	else if(x >= ILI9341_XRes) return 0;
	if(y < 0)
	{
		h += y;
		if(h < 1) return 0;
		y = 0;
	}
	else if(y >= ILI9341_YRes) return 0;
	if(x + w > ILI9341_XRes) w = ILI9341_XRes - x;
	if(y + h > ILI9341_YRes) h = ILI9341_YRes - y;
	
	count = w * h;
	cb = count * (ILI9341_bpp == 16 ? 2 : 3);
	if(!ptr) return cb;
	
	ILI9341_SetAddress(x, y, x + w - 1, y + h - 1);
	ILI9341_ReadGRAM(ptr, count);
	return cb;
}

// 写像素,SPI频率可以很高
size_t ILI9341_WritePixels(int x, int y, int w, int h, void *ptr)
{
	size_t count;
	size_t cb;
	if(x < 0)
	{
		w += x;
		if(w < 1) return 0;
		x = 0;
	}
	else if(x >= ILI9341_XRes) return 0;
	if(y < 0)
	{
		h += y;
		if(h < 1) return 0;
		y = 0;
	}
	else if(y >= ILI9341_YRes) return 0;
	if(x + w > ILI9341_XRes) w = ILI9341_XRes - x;
	if(y + h > ILI9341_YRes) h = ILI9341_YRes - y;
	
	count = w * h;
	cb = count * (ILI9341_bpp == 16 ? 2 : 3);
	if(!ptr) return cb;
	
	ILI9341_SetAddress(x, y, x + w - 1, y + h - 1);
	ILI9341_WriteGRAM(ptr, count);
	return cb;
}

// 填充矩形区域,给两个对角坐标
void ILI9341_FillRect(int x1, int y1, int x2, int y2, int r, int g, int b)
{
	if(x2 < x1) {int t = x1; x1 = x2; x2 = t;}
	if(y2 < y1) {int t = y1; y1 = y2; y2 = t;}
	if(x1 < 0) x1 = 0; else if(x1 > ILI9341_XRes - 1) x1 = ILI9341_XRes - 1;
	if(x2 < 0) x2 = 0; else if(x2 > ILI9341_XRes - 1) x2 = ILI9341_XRes - 1;
	if(y1 < 0) y1 = 0; else if(y1 > ILI9341_YRes - 1) y1 = ILI9341_YRes - 1;
	if(y2 < 0) y2 = 0; else if(y2 > ILI9341_YRes - 1) y2 = ILI9341_YRes - 1;
	
	ILI9341_SetAddress(x1, y1, x2, y2);
	ILI9341_WriteGRAMColor(r, g, b, (x2 + 1 - x1) * (y2 + 1 - y1));
}

// 填充矩形区域,给左上角坐标和矩形宽高
void ILI9341_FillRect2(int x, int y, int w, int h, int r, int g, int b)
{
	if(x < 0)
	{
		w += x;
		if(w < 1) return;
		x = 0;
	}
	else if(x >= ILI9341_XRes) return;
	if(y < 0)
	{
		h += y;
		if(h < 1) return;
		y = 0;
	}
	else if(y >= ILI9341_YRes) return;
	if(x + w > ILI9341_XRes) w = ILI9341_XRes - x;
	if(y + h > ILI9341_YRes) h = ILI9341_YRes - y;
	
	ILI9341_SetAddress(x, y, x + w - 1, y + h - 1);
	ILI9341_WriteGRAMColor(r, g, b, w * h);
}
事实上,ILI9341_GetPixel()和ILI9341_ReadPixels()经过实际测试并不能正确运行。不知道是因为什么的原因。我试着将SPI的波特率降低到0.5 MHz都不行。它的表现是:当你把手指放在MISO线的金属部分的时候,读到的就全是0xFF;而当你不去触摸MISO线的时候,它的表现甚至犹如CSPRNG一样“优秀”。估计和我买的这款屏幕本身的组装设计有关,因为ILI9341本身并不是只能用SPI进行传输的,它其实支持不止一种协议。

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