使用恩智浦FRDM-MCXN947开发板移植LVGL跑benchmark

前言

恩智浦“FRDM-MCXN947”评测活动由安富利和与非网协同举办。本篇内容由与非网用户发布，已获转载许可。原文可在与非网(eefocus)工程师社区查看。

背景

上一期【用户测评（六）：NXP FRDM-MCXN947 FLEXIO_SPI驱动TFT LCD】以FLEXIO_SPI驱动了TFT LCD，此贴移植LVGL，测试刷屏速度。

LVGL移植

01引入SDK组件

在MCUXpresso For VS Code开发环境中，引入NXP SDK组件的方法很简单，如下图所示：

1. 在VS Code侧边栏打开MCUXpresso插件图标，点击打开；

2. 鼠标右键单击项目，展开选项；

3. 选择Configure展开子菜单栏；

4. 选择Manage Components弹开组件选择窗口；

在弹出的组件选择框中查找或者输入lvgl并勾选，导入LVGL组件，如下图所示。

需要注意此方法导入的SDK组件并不会把源码拷贝到当前工程目录中，只是修改了文件armgcc/config.cmake文件，如下：

 

set(CONFIG_USE_xxxx    true) # 其他组件


# 引入 LVGL 时添加的两行
set(CONFIG_USE_middleware_lvgltrue)
set(CONFIG_USE_middleware_lvgl_templatetrue)

 

02添加LVGL显示适配层

参考LVGL官方的移植文档，LVGL移植主要干以下两件事：

1.LVGL初始化，LCD硬件初始化；

2.LVGL刷新缓冲区接口的实现；

1. 新增文件

新增3个文件，如下所示：

 

bsp/lvgl_port/
        lv_conf.h
        lvgl_support.c
        lvgl_support.h

 

lv_conf.h是LVGL配置头文件，配置选项非常多，这里仅介绍几个重要的配置选项：LV_COLOR_DEPTH设置颜色深度；LV_MEM_SIZE设置LVGL内部使用的内存分配池的大小；LV_USE_XXX使能widgets组件；LV_BUILD_EXAMPLES允许编译内置的示例到LVGL库文件中；

lv_support.c是适配接口实现文件；

lv_support.h是适配接口对外的接口文件，包括宏定义、函数声明等；

2. lv_port_disp_init()

此函数做了以下几件事：

1. 初始化LVGL显示缓冲区内存，调用lv_disp_draw_buf_init()；

2. 初始化LCD硬件，但是已经在外部调用LCD_init()，此处无需调用；

3. 注册disp_drv.flush_cb = DEMO_FlushDisplay，需要实现自己的DEMO_FlushDisplay()函数；

4. 最后注册显示驱动lv_disp_drv_register(&disp_drv)；

 

void lv_port_disp_init(void)
{
static lv_disp_draw_buf_t disp_buf;


    memset(s_frameBuffer, 0, sizeof(s_frameBuffer));
    lv_disp_draw_buf_init(&disp_buf, (void *)s_frameBuffer[0], (void *)s_frameBuffer[1], LCD_VIRTUAL_BUF_SIZE);


/*-------------------------
     * Initialize your display
     * -----------------------*/
// NOTE: 已在其他位置调用 LCD_Init() ，此处无需调用


/*-----------------------------------
     * Register the display in LittlevGL
     *----------------------------------*/


static lv_disp_drv_t disp_drv; /*Descriptor of a display driver*/
    lv_disp_drv_init(&disp_drv);   /*Basic initialization*/


/*Set up the functions to access to your display*/


/*Set the resolution of the display*/
    disp_drv.hor_res =LCD_WIDTH;
    disp_drv.ver_res =LCD_HEIGHT;


/*Used to copy the buffer's content to the display*/
    disp_drv.flush_cb =DEMO_FlushDisplay;


/*Set a display buffer*/
    disp_drv.draw_buf =&disp_buf;


/*Finally register the driver*/
    lv_disp_drv_register(&disp_drv);
}

 

3. lvgl刷新缓冲区接口的实现

在bsp/lvgl_port/lvgl_support.c中实现如下函数，最终调用LCD中的函数LCD_DrawBitmap()实现把LVGL缓冲区内容刷新到屏幕上。

 

/* Flush the content of the internal buffer the specific area on the display
 * You can use DMA or any hardware acceleration to do this operation in the background but
 * 'lv_flush_ready()' has to be called when finished
 * This function is required only when LV_VDB_SIZE != 0 in lv_conf.h*/
static void DEMO_FlushDisplay(lv_disp_drv_t *disp_drv, const lv_area_t *area, lv_color_t *color_p)
{
    lv_coord_t x1 = area->x1;
    lv_coord_t y1 = area->y1;
    lv_coord_t x2 = area->x2;
    lv_coord_t y2 = area->y2;


    int32_t length = (x2 - x1 +1) * (y2 - y1 +1) *LCD_FB_BYTE_PER_PIXEL;


LCD_DrawBitmap(x1, y1, x2, y2, (uint16_t *)color_p);


/* IMPORTANT!!!
     * Inform the graphics library that you are ready with the flushing*/
    lv_disp_flush_ready(disp_drv);
}

 

LCD_DrawBitmap()函数实现非常重要，如果速度慢导致卡顿，如果速度快则可以流畅地刷屏。在调试过程中实现了两个版本：

1. 逐个打点，调用LCD_WriteData_16Bit()，刷屏卡成PPT；

2. 利用EDMA直接发送整个缓冲区，速度很快，达到31FPS；

 

void LCD_DrawBitmap(uint16_t xstart, uint16_t ystart, uint16_t xend, uint16_t yend, uint16_t *color)
{
  LCD_SetWindows(xstart, ystart, xend, yend);


  uint16_t width = xend - xstart +1;
  uint16_t height = yend - ystart +1;
  uint16_t size = width * height;


#if0
  // NOTE: 逐个打点，非常慢--卡成 PPT
  for (uint16_t i = ystart; i <= yend; i++) {
    for (uint16_t j = xstart; j <= xend; j++) {
      Lcd_WriteData_16Bit(*color);
      color++;
    }
  }
#else
  // NOTE: EDMA 发送一个缓冲帧，速度很快 -- 31FPS
  Lcd_WriteData_16BitArray(color, size);
#endif
}

 

EDMA发送整个缓冲帧的实现

逐个打点的速度太慢，这里就不展示了。在移植LCD驱动时就发现刷屏非常慢，迫切地需要实现一个利用EDMA发送缓冲区地函数，在LVGL刷屏时正好可以用到。

函数LCD_WriteData_16BitArray()如下，利用EDMA的特性，一下子传输整个缓冲区比逐个打点快很多。

这里遇到了一个坑，LVGL配置颜色深度为16bit，一个像素点占据两个字节，写代码时脑子短路了，知道这个细节，但是在配置EDMA传输参数时没有反映过来，一开始屏幕没有显示，后来debug才发现EDMA传输启动就卡主了，原来下面的xfer.dataSize配置需要注意size * 2。

 

/**
 * @brief SPI 发送一个数组
 *
 * @param Data
 * @param size
 */
void Lcd_WriteData_16BitArray(uint16_t *Data, uint32_t size)
{
  flexio_spi_transfer_t xfer = { 0 };


LCD_CS_CLR;
LCD_RS_SET;


  xfer.txData = (uint8_t *)Data;
  xfer.rxData =NULL;
  xfer.dataSize = size *2; // NOTE: 16bit颜色，一个像素点占据2个字节 (这里差点坑哭了!!!)
  xfer.flags = kFLEXIO_SPI_16bitMsb;


FLEXIO_SPI_MasterTransferCreateHandleEDMA(&spiDev, &g_spiHandle,
    spi_master_completionCallback, NULL, &txHandle, &rxHandle);
FLEXIO_SPI_MasterTransferEDMA(&spiDev, &g_spiHandle, &xfer);
while(!completeFlag);
  completeFlag =false;


LCD_CS_SET;
}

 

03创建LVGL任务

改造上一版的程序，把LCD和LVGL初始化拎出来放到一个单独的GUI Task中，如下所示：

 

/**
 * @brief LVGL Core 线程
 *
 * @param pvParameters
 */
static void gui_task_entry(void *pvParameters)
{
  lv_port_pre_init();
  lv_init();
  lv_port_disp_init();
  lv_port_indev_init();


  s_lvgl_initialized =true;


  lv_demo_benchmark();


while (1) {
    lv_task_handler();
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5));
  }
}




void gui_task_create(void)
{
// LCD init
LCD_Init();


// LVGL init


if (xTaskCreate(gui_task_entry, "gui_task",
ZYGOTE_TASK_STACK_SIZE, NULL, ZYGOTE_TASK_PRIORITY, NULL) != pdPASS)
  {
PRINTF("Task creation failed!.
");
while (1);
  }
}

 

04添加LVGL心跳

上面的gui_task_entry()在死循环中每隔5毫秒进入一次lvgl任务，但是还没有更新LVGL心跳，是不会刷新屏幕的。

当前使用了FreeRTOS，一个简单的做法是把LVGL心跳放到vApplicationTickHook()中，非常简单快捷。但是需要注意，需要在FreeRTOSConfig.h中使能宏定义configUSE_TICK_HOOK = 1才能使这个vApplicationTickHook()函数生效。

 

/*!
 * @brief FreeRTOS tick hook.
 */
void vApplicationTickHook(void)
{
    if (s_lvgl_initialized)
    {
        lv_tick_inc(1);
    }
}

 

05编译

编译出错undefined reference to `lv_demo_benchmark'

第一反映是查看lv_conf.h文件

1. LV_BUILD_EXAMPLES宏定义是否启用了；

2. LV_USE_DEMO_BENCHMARK宏定义是否启用了；

检查过了，确认过来，启用了，但是还是链接失败，最后不到lv_demo_benchmark符号。

找到SDK的cmake模块文件

找到SDK的cmake文件，如下lvgl拆分成了多个模块文件：

middleware_lvgl.cmake是lvgl核心组件的cmake模块文件；

middleware_lvgl_unused_files.cmake其实是一个没有什么实际意义的cmake模块文件；

middleware_lvgl_demo_widgets.cmake是把lvgl demo widgets示例的源码加入编译；

middleware_lvgl_demo_stress.cmake是把lvgl demo stress示例的源码加入编译；

middleware_lvgl_demo_benchmark.cmake是把 lvgl demo benchmark示例的源码加入编译；

middleware_lvgl_template.cmake是把lvgl_sdk目录下的lvgl_support.c等三个文件添加到编译中；

这里就发现了MCUXPresso for VS Code的两个漏洞：

1. SDK组件管理器中添加了LVGL组件，但是没有自动把其中的3个demo相关的模块加入到源码中；

2. 虽然把middleware_lvgl_template.cmake所在的组件加了进来，但是并没有把源码拷贝过来，难道需要用户手动去改SDK目录下的lvgl_sdk目录？可以是这样一改会对所有的依赖此SDK的工程都产生影响？

3. middleware_lvgl.cmake模块，居然依赖于middleware_lvgl_template.cmake模块，这个是我不能理解的。就是第2点，LVGL适配层可以字节写，但是依赖middleware_lvgl_template组件，那么所有用户工程都依赖同一份SDK中的lvgl_sdk/template模块，不合理。

middleware_lvgl.cmake文件大致如下：

 

# 从这里看出 lvgl core 居然依赖 middleware_lvgl
if(CONFIG_USE_middleware_lvgl_template)
# 添加 lvgl core 代码到编译系统，添加头文件路径为公共头文件搜索路径
else()
# 报错
message(SEND_ERROR"middleware_lvgl dependency does not meet, please check ${CMAKE_CURRENT_LIST_FILE}.")
endif()

 

我的解决办法

1. 修改armgcc/config.cmake文件，手动增加middleware_lvgl_demo_benchmark组件；

2. 把middleware_lvgl_template禁用；

3. （临时解决方案）同时修改sdk/middleware/lvg/middleware_lvgl.cmake文件，去掉CONFIG_USE_middleware_lvgl_template，强行设置为TRUE；

config.cmake文件中最终关于LVGL的配置如下：

middleware_lvgl.cmake文件修改如下：

编译成功

最后编译成功，运行成功，lvgl_demo_benchmark运行成功。

运行

运行速度对比：

debug，刷屏打点，卡成PPT，没有拍视频；

debug，EDMA发送缓冲区，19FPS；

release，EDMA发送缓冲区，31FPS；

演示视频见B站：

https://www.bilibili.com/video/BV13pUbYhEPx/?spm_id_from=888.80997.embed_other.whitelist&t=1.46976&bvid=BV13pUbYhEPx

总结

01MCUXpresso IDE的不足与建议

其实我最早使用的就是MCUXpresso IDE，发现添加组件不是那么顺利，例如在一个no-os的工程中添加FreeRTOS组件，发现FreeRTOS源码的确拷贝到了当前工程中，但是FreeROTS的porting层的源码却没有拷贝过来，当时没有搞清楚机制，编译失败就放弃了。

后来几经尝试之后才发现SDK组件管理器中关于FreeROTS有很多零碎的组件，如下图：

1. 标号（1）是FreeRTOS内核源码，但是缺少porting层源码；

2. 标号（2）是FreeRTOS的适配层，内存管理驱动；

3. 标号（3）是多核通信的FreeRTOS实现方法；

总之关于FreeRTOS有很多零碎的组件分散在各个单元，每个组件的Description太简短了，不能让人一眼就明白用途，且各个组件的依赖关系也没有说明，不易轻松上手。

建议：Descriptiong文字描述的详细些；各个组件的依赖关系也明确的写出来。

02MCUXpresso For VS Code的不足与建议

不足之处：

1. 在VS Code开发环境中添加组件是很方便，但是对于新手不友好，特别是不熟悉CMake的人来说，编译找不到头文件、函数未定义，让新手望而却步。

2. 某些组件有core和porting层，其中core层可以所有项目通用，但是porting对于每个项目来说可能不一样；当前工程添加了这个组件只是在CMake标记了组件的core和porting层都纳入编译，但是它们依然存放在SDK目录下，改动一处影响所有其他工程，这很不好。

建议：添加组件把组件的porting层拷贝到当前工程，这样每个工程都有自己的适配层，互不影响。