不服跑个分！5块钱的国产单片机—Air32移植LVGL+FreeRTOS

 

 

合宙Air32F103系列MCU自六月初量产上市以来，以优异性能和极致低价受到广大用户好评。特别是Air32F103CCT6芯片，64K RAM+256K Flash，可满足许多复杂应用需求。

最近LuatOS社区大神@Principle，在Air32F103CCT6上移植LVGL+FreeRTOS并进行了跑分测试，我们一起来看看吧~

- 合宙Air32跑分实测 -

文末【阅读原文】链接，获取最新资料。

 

1

合宙Air32芯片选型

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合宙Air32系列芯片有不同容量型号可选，我选择了QFP48封装所能提供最大存储容量的Air32F103CCT6。

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Air32F103CCT6芯片相对于STM32F103大容量型号，主要有以下几个升级点：
 

● 216MHz的Cortex-M3内核

可以稳定超频运行在256MHz，且运行在216MHz下时，全部Flash区域仅需1个等待周期。

● 新增了一些外设
包括ADC3/TRNG/TIM9-TIM14等；

● 对现有外设进行了增强

例如内置USB上拉电阻、GPIO可以独立上下拉等。

 

 

 

2

移植FreeRTOS与LVGL

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由于合宙Air32系列能够兼容STM32，因此本代码基于STM32F1的标准库，并增加了Air32的专有代码。
 

Air32F103最新LVGL+FreeRTOS示例工程：
https://yuanze.wang/posts/air32-lvgl-freertos/

本工程针对Air32F103CCT6芯片，使用硬件SPI+DMA的方式驱动GC9306X控制器的320x240LCD屏幕，并支持双缓冲模式，几乎榨干了Air32所有的性能。同时，使用RTOS保证了DMA传输过程中CPU能够进入休眠，降低系统功耗。

 

特别注意：

请使用较新版本的Keil，旧版Keil可能会出现编译的程序运行错误问题。

本工程经实测可使用Keil5.36正常编译。

2.1 工程组件

 

 

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本文所使用的工程组件均来自原汁原味的官方最新版，除了配置文件之外绝无任何魔改。

●  FreeRTOS：
 

来自FreeRTOS官网中最新的LTS 202012.04版本。
https://www.freertos.org/a00104.html

●  LVGL：来自官网LVGL官方GitHub仓库中最新的LVGL 8.3.1版本。
https://github.com/lvgl/lvgl/releases

 

2.2  注意事项

 

 

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●  中断优先级：

Air32的NVIC中断优先级只有3位，而不是STM32的4位。若想使用STM32的标准库，则需要在FreeRTOSConfig.h头文件中修改__NVIC_PRIO_BITS默认的值。

 C 

 

#ifndef __FREERTOS_CONFIG_H

#define __FREERTOS_CONFIG_H

 

#include "stm32f10x.h"

#undef __NVIC_PRIO_BITS

#define __NVIC_PRIO_BITS 3

 

 

●  Air32专用PLL库：

需要来自合宙的闭源PLL库。为此，我将STM32原版的system_stm32f10x.c排除编译，然后实现了自己的SystemInit()函数。该函数可以从合宙官方的SDK中获取。

▼上下滚动，查看全部▼

 C 

void SystemInit (void)
 

{

RCC_DeInit(); //复位RCC寄存器

 

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //使能HSE

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET); //等待HSE就绪

 

RCC_PLLCmd(DISABLE); //关闭PLL

AIR_RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_32, 1); //配置PLL, 8*32=256MHz

 

RCC_PLLCmd(ENABLE); //使能PLL

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); //等待PLL就绪

 

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); //选择PLL作为系统时钟

 

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //配置AHB时钟

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//配置APB1时钟

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); //配置APB2时钟

 

RCC_LSICmd(ENABLE); //使能内部低速时钟

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET); //等待LSI就绪

RCC_HSICmd(ENABLE); //使能内部高速时钟

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY) == RESET); //等待HSI就绪

}

 

 

然后，将air.lib加入工程中，并自己定义AIR_RCC_PLLConfig()函数的原型与SystemCoreClock的值。

合宙Air32支持比STM32标准库更高的RCC_PLLMul_xx值，因此还需要将air32f10x.h中新增的PLL值复制到自己的代码中，这样可以在使用熟悉的STM32标准库的同时，使用到Air32的增强功能。

▼上下滚动，查看全部▼

 C 

#define RCC_PLLMul_17                   ((uint32_t)0x10000000)

#define RCC_PLLMul_18                   ((uint32_t)0x10040000)

#define RCC_PLLMul_19                   ((uint32_t)0x10080000)

#define RCC_PLLMul_20                   ((uint32_t)0x100C0000)

#define RCC_PLLMul_21                   ((uint32_t)0x10100000)

#define RCC_PLLMul_22                   ((uint32_t)0x10140000)

#define RCC_PLLMul_23                   ((uint32_t)0x10180000)

#define RCC_PLLMul_24                   ((uint32_t)0x101C0000)

#define RCC_PLLMul_25                   ((uint32_t)0x10200000)

#define RCC_PLLMul_26                   ((uint32_t)0x10240000)

#define RCC_PLLMul_27                   ((uint32_t)0x10280000)

#define RCC_PLLMul_28                   ((uint32_t)0x102C0000)

#define RCC_PLLMul_29                   ((uint32_t)0x10300000)

#define RCC_PLLMul_30                   ((uint32_t)0x10340000)

#define RCC_PLLMul_31                   ((uint32_t)0x10380000)

#define RCC_PLLMul_32                   ((uint32_t)0x103C0000)

 

uint32_t SystemCoreClock = 256000000;

 

uint32_t AIR_RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource, uint32_t RCC_PLLMul, uint8_t Latency);

 

 

注意：
如需使用Air32相比STM32新增的外设中断，请自行更换STM32的启动文件到Air32的启动文件。

●  Keil编译器设置：

LVGL需要最低支持C99的编译器才能正确编译，因此需要开启Keil AC5的C99模式。同时，为了减少生成固件的体积，建议选择最高级别的-O3优化。

 

2.3 组件库的裁剪与优化

 

 

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由于芯片的RAM空间有限，因此需要对芯片的RAM空间进行一定的规划与优化。程序中占用RAM较大的部分与相应的规划如下：
 

●  系统栈：

由于使用了FreeRTOS，各个Task有其自己的任务栈，因此系统栈只有ISR与main函数使用。

因此，在startup_stm32f10x_hd.s中将Stack_Size改为0x00000100，即256字节。
 

 

●  任务栈：

目前的代码中只有三个Task，分别是LVGL Task LED Task与IDLE Task。

其中，LED Task与IDLE Task都非常简单，为它们设置128字节的任务栈；LVGL Task较为复杂，根据官方推荐的2-8K范围，设置为4K。

●  LVGL堆：

LVGL的所有句柄都是动态内存，因此其自己维护了一个堆空间。堆空间的大小可以在lv_conf.h中的LV_MEM_SIZE中修改，您可以根据自己使用的UI复杂度对其进行修改。对于benchmark demo，12K即可满足要求。

●  LVGL缓冲区：

LVGL需要将画面渲染到缓冲区中，之后再刷新到屏幕上。本工程支持单缓冲与双缓冲模式（可以在Keil的Target中选择），单缓冲模式使用1个240x40像素的缓冲区，双缓冲模式则使用2个240x40像素的缓冲区。使用双缓冲模式可以在DMA控制器向屏幕写入一个缓冲区的数据时，CPU继续渲染到另一个缓冲区中，提升渲染效率，但会占用双倍的缓冲区。

同时，由于芯片的ROM空间也有限，因此我裁剪了一些LVGL与FreeRTOS的功能。您可以在lv_conf.h与FreeRTOSConfig.h中自行开关它们。benchmarkdemo中包含了大量的字体与图像，因此导致最终编译生成的bin文件较大。只使用FreeRTOS与LVGL内核时，ROM占用约120K。使用常用的控件后，还能剩余约100K空间给用户开发自己的应用。

 

 

 

 

3

运行效果及总结

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接下来通过单缓冲模式及双缓冲模式实测数据，看看整体运行效果如何：

3.1 单缓冲模式

 

 

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单缓冲模式的存储空间占用情况如下：

 C 

Total RO  Size (Code + RO Data)               230904 ( 225.49kB)

Total RW  Size (RW Data + ZI Data)             40768 (  39.81kB)

Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)     231472 ( 226.05kB)

 

 

 

 

单缓冲模式跑分结果：

 

3.2 双缓冲模式

 

 

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双缓冲模式的存储空间占用情况如下：

 C 

Total RO  Size (Code + RO Data)               230904 ( 225.49kB)

Total RW  Size (RW Data + ZI Data)             40768 (  39.81kB)

Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)     231472 ( 226.05kB)

 

 

 

 

双缓冲模式跑分结果：

 

可以看出，单缓冲模式相比双缓冲模式节约了大量的RAM，帧数却只下降了25%，因此单缓冲模式更具有实用意义。这主要是因为，在复杂UI界面下，瓶颈主要在CPU的运算速度上，而不是向屏幕写入缓冲区的IO操作上。

●  实测总结：

5元钱的Air32F103CCT6确实具有了流畅运行LVGL的能力，并且还有100K左右的ROM和超过20K的RAM空间可用，这使得在Air32F103上使用LVGL+FreeRTOS的同时开发复杂的用户程序成为了可能，我们又多了一个高性价比的国产MCU选择。