痞子衡嵌入式：降低刷新率是定位LCD花屏显示问题的第一大法(i.MXRT1170, 1280x480 LVDS)

2022-10-05 23:18:34

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是i.MXRT1170上LCD花屏显示问题的分析解决经验。

　　痞子衡最近这段时间在参与一个基于i.MXRT1170的大项目（先保个密），需要做一个开机动画功能，板子连接的LCD屏分辨率是1280x480，因为开机动画要求达到30fps，并且要画质清晰，如果是从SD卡里读mp4或者jpeg去解码，这么高分辨率的图像（暂不考虑低分辨率的图片再用PXP模块去拉伸的方案）解码耗时比较长，恐怕难以达成30fps，所以痞子衡打算直接把图片的裸rgb数据事先存在Flash里，然后LCD模块直接去刷Flash里的数据去显示。

　　板子上的SPI NOR Flash有两种，默认是八线DDR高性能Flash，还有一个可选的四线SDR普通Flash，痞子衡做好的代码在默认高性能Flash上跑得没问题，换到另一块rework为普通四线Flash上就出问题了，显示完全是花屏，没有一点图片的影子，到底是怎么回事？跟着痞子衡一起去发现答案吧。

一、项目板卡简图

　　先来看一下这个项目板卡简图，简图里只示意了痞子衡今天要分享的LCD问题相关的器件，显示屏是TM103XDKP13控制器驱动的LVDS接口屏，跟i.MXRT连接的话需要有一个RGB2LVDS转接。Flash都是选的旺宏的，一个是MX25UW51345（200MHz,8bit,DDR），还有一个是MX25U25645（133MHz,4bit,SDR）。此外还有两个16bit的W9825G6KH组成的32bit SDRAM做显存，总容量是64MB。

二、在Flash中准备好图片裸数据

　　首先我们需要在Flash中存入图片数据，1280x480-24bpp (rgb888)图片一张的裸数据大小是1800KB，32MB的Flash最大可以存18张图片，为了给程序存储留点空间，我们就存17张，从Flash偏移0x100000处开始存图片。

2.1 截取一段mp4视频

　　痞子衡本地有一个NXP十周年宣传视频(MP4格式)，原始分辨率是1920x1080，可以先用ffmpeg或者格式工厂将其转换成1280x480，然后可以直接用Windows自带的图片软件里的Trim功能截取其中一段，30fps帧率的视频截取1秒就够了。

2.2 使用ScreenToGif软件分离出图片

　　这时候可以用非常好用的GIF制作软件ScreenToGif打开这个1秒的MP4，可以看到一共有31张图片，可以删掉其中一些留下17张，然后将其保存为图片（当前版本仅能保存为png格式），可以再用格式工厂软件将图片格式转为jpg，存在D:/nxp_logo文件夹下。

2.3 Python脚本转成rgb888裸数据

　　有了17张jpg图片，这时候写一个Python脚本（jpg2rgb.py），借助Image库将17张jpg图片中的rgb数据全部抽取出来保存在一个bin文件中，下面脚本使用命令为 python jpg2rgb.py D:/nxp_logo/ -o startup_video_white_rgb888_17f.bin 。

import sys, os

import argparse

import Image

parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)

parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'))

parser.add_argument("input", help="JPEG Image folder.")

args = parser.parse_args()

imgFiles = []

# 获取指定文件夹中所有jpg图片路径

imgFolder = os.path.abspath(args.input)

inputFiles = os.listdir(imgFolder)

for idx in range(len(inputFiles)):

	imgFiles.append(os.path.join(imgFolder, inputFiles[idx]))

for idx in range(len(imgFiles)):

    # 使用Image库打开jpg图片

	imgObj = Image.open(imgFiles[idx])

	pixelBuf = imgObj.getdata()

	# 抽取rgb裸数据写入bin文件

	for i in range(len(pixelBuf)):

		for j in range(len(pixelBuf[i])):

			args.output.write(chr(pixelBuf[i][len(pixelBuf[i]) - j - 1]))

args.output.close()

2.4 将图片裸数据bin文件下载进Flash

　　现在可以借助MCUBootUtility的通用编程器功能将startup_video_white_rgb888_17f.bin文件烧录进Flash里0x100000处偏移的地方。至此，准备工作已经就绪。

三、引出LCD花屏显示问题

　　现在让我们开始设计开机动画程序，可以基于 \SDK_2.x.x_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\jpeg_examples\sd_jpeg 例程，将其中的LCD配置，Pinmux配置稍微改一下，适配这个项目的板子，然后主函数可以精简如下（sd卡读，libjpeg解码函数全部去掉）：

#define APP_FB_HEIGHT 480

#define APP_FB_WIDTH  1280

/* LCD frame buffer byte per pixel, RGB888 format, 24-bit. */

#define APP_FB_BPP 3

const uint32_t s_imagePics = 17;

const uint32_t s_imageStartAddr = 0x30100000;

int main(void)

{

    uint8_t *imageAddr = (uint8_t *)s_imageStartAddr;

    uint32_t imageBytes = APP_FB_HEIGHT * APP_FB_WIDTH * APP_FB_BPP;

    BOARD_ConfigMPU();

    BOARD_InitBootPins();

    BOARD_BootClockRUN();

    BOARD_ResetDisplayMix();

    APP_InitDisplay();

    while (1)

    {

        /* Wait for the previous set frame buffer active. */

        while (s_newFrameShown == false);

        /* Now new frame is ready, pass it to LCDIF. */

        s_newFrameShown = false;

        g_dc.ops->setFrameBuffer(&g_dc, 0, imageAddr);

        imageAddr += imageBytes;

        if ((uint32_t)imageAddr >= (s_imageStartAddr + imageBytes * s_imagePics))

        {

            break;

        }

    }

}

static void APP_BufferSwitchOffCallback(void *param, void *switchOffBuffer)

{

    s_newFrameShown = true;

}

　　这时候把代码下载进高性能DDR Flash的那块板子，我们的代码可以链接到TCM里执行，这样不占用运行时Flash访问带宽，不与LCD抢带宽。断电重启可以看到在60Hz的LCD刷新率下，开机动画效果显示杠杠的。

　　现在把代码下载进普通SDR Flash的板子试试，可以看到LCD显示花屏了，完全没有图像的影子，这时候该怎么定位问题？

四、尝试降低LCD刷新率

　　在尝试降低LCD刷新率之前，痞子衡额外做了一些debug工作来确认是不是Flash焊接的问题，首先是调试器挂上去查看PC指针停在哪里，经调试发现，PC指针是在TCM里，根据工程map文件可以查到其地址对应的是程序的结尾，说明代码正常跑完了，这至少证明芯片能够正常从Flash启动。

　　然后痞子衡又对程序作了一些改动，将Flash中的图片数据拷贝到SDRAM中，让LCD模块去刷SDRAM，这时候图像显示是正常的，这几乎就可以定位问题了，是普通SDR Flash带宽不够，Flash访问速度撑不起60Hz刷新率。

#define DEMO_HSW        (1U)

#define DEMO_HBP        (48U)

#define DEMO_HFP        (16U)

#define DEMO_VSW        (1U)

#define DEMO_VBP        (3U)

#define DEMO_VFP        (5U)

static void BOARD_InitLcdifClock(void)

{

    /*

     * The pixel clock is (height + VSW + VFP + VBP) * (width + HSW + HFP + HBP) * frame rate.

     *

     * For 60Hz frame rate, the TM103XDKP13 pixel clock should be 40MHz.

     *

     */

    const clock_root_config_t lcdifv2ClockConfig = {

        .clockOff = false,

        .mfn      = 0,

        .mfd      = 0,

        .mux      = 4, /*!< PLL_528. */

        .div      = 12,

    };

    CLOCK_SetRootClock(kCLOCK_Root_Lcdifv2, &lcdifv2ClockConfig);

}

　　让我们尝试降低LCD刷新率来验证是不是Flash带宽的问题，在BOARD_InitLcdifClock()函数中修改lcdifv2ClockConfig.div的值，慢慢增大该值，经痞子衡测试，当div设为22时（即对应LCD刷新率为33.9Hz），终于能够正常显示开机动画了。

五、关于带宽的分析

　　现在给出痞子衡的观点，对于一个新项目，如果首次测试LCD显示，建议先从低刷新率开始，只有低刷新率调试通过，再逐渐增大刷新率，否则会因为带宽问题浪费不少时间。

　　最后再让我们通过理论公式来推算这款普通SDR Flash能支持最大的刷新率，计算公式其实很简单：

LCD最大刷新率 = (Flash时钟频率 * Flash数据位) / 图片大小 = 133MHz * 4bit / (1280 * 480 * 24bit) = 36.08Hz

　　理论计算值36.08Hz跟我们实测值33.9Hz很接近，那点差值应该是FLEXSPI和eLCDIF模块的开销。

　　至此，i.MXRT1170上LCD花屏显示问题的分析解决经验痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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