【Avnet | NXP FRDM-MCXN947试用活动】测评4--FLEXIO_SPI 驱动TFT LCD
本帖最后由 eefocus_3891719 于 2024-11-19 10:54 编辑# TFT LCD 模组介绍
模组名字为 **SPI_Module_MSP3323**，驱动芯片为 **ILI9341**，屏幕尺寸为 `240x320` 像素，自带GRAM。通过4线SPI驱动，可以发送数据和命令也可以读取屏幕的IC参数甚至像素点颜色。
模组背面
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113611f9cd4tk9l5uz3cav.png)
模组管脚
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113622dfnbksgbbzwcmtdd.png)
# MCXN947 的接口
当前只移植显示接口，只需要关注显示屏相关的引脚。
MCXN947 驱动 TFT LCD 的方式为4线 SPI，选择 FLEXIO_SPI_EDMA 方式驱动。 FLEXIO_SPI 相关的管脚为如下的 **FLEXIO_Dxx**。
| 编号| 显示屏 | 引脚功能说明 | MCXN947 |
| --- | ---------- | ---------------------------------- | -------------------- |
| 1 | VCC | 液晶屏电源正 | |
| 2 | GND | 液晶屏电源地 | |
| 3 | LCD_CS | 液晶屏片选控制信号，低电平有效 | J8.28 -- FLEXIO0_D31 |
| 4 | LCD_RST | 液晶屏复位控制信号，低电平复位 | J3.1 |
| 5 | LCD_RS | 液晶屏命令/数据选择控制信号；1 -- 数据；0 -- 命令 | J3.3 |
| 6 | SDI (MOSI) | SPI_MOSI 写数据信号 | J8.25 -- FLEXIO0_D28 |
| 7 | SCK | SPI_SCLK | J8.27 -- FLEXIO0_D30 |
| 8 | LED | 液晶屏背光控制信号（可以PWM控制亮度；不需要可以不接） | J3.5 |
| 9 | SDO(MISO)| SPI_MISO 读数据信号 | J8.26 -- FLEXIO0_D29 |
| 10| CTP_SCL | 电容触摸屏IIC总线时钟信号 | |
| 11| CTP_RST | 电容触摸屏复位控制信号，低电平复位 | |
| 12| CTP_SDA | 电容触摸屏IIC总线数据信号 | |
| 13| CTP_INT | 电容触摸屏IIC总线触摸中断信号，产生触摸时输入低电平到主控 | |
| 14| SD_CS | SD卡片选控制信号，低电平有效（不使用SD卡功能时，可以不接） | |
## FLEXIO 介绍
MCXN947 只有一个 FLEXIO 模块，即 **FLEXIO0**。**FLEXIO** 是一个高度可配置的模块，它提供了：
1. 模拟各种串行或者并行通信协议；
2. 灵活的16位定时器，支持各种触发、复位、使能和禁用条件；
3. 可编程逻辑块，允许实现片上的数字逻辑功能，并且可配置内部和外部模块的交互；
4. 可编程状态机，用于从CPU中卸载基本的系统控制功能；
## FLEXIO 框图
下图提供了 FLEXIO 计时器和移位寄存器配置的高层次总览。
FLEXIO 使用移位器、计时器和外部触发器来讲数据移入或移除FLEXIO。如方框图所示，计时器控制这个数据移位的时间，您可以将计时器配置为使用通用计时器功能，外部触发器或各种其他条件来决定控制逻辑。
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113639zzhf7t1ipy69ef8q.png)
## FLEXIO 特性
1. 具有传输、接收、数据匹配、逻辑和状态模式的32位移位寄存器阵列：
1. 支持连续数据传输的双缓冲移位操作；
2. 支持大块数据传输的移位连接；
3. 支持自动启动和停止位生成；
4. 1,2,4,8,16或者32为多移位宽度的并行接口支持；
5. 中断，DMA或者轮询传输和接收操作；
2. 高度灵活的16位定时器，支持各种内部或者外部触发，重置，启用和禁用条件：
1. 可编程波特率独立于总线时钟频率，并支持在停止模式器件的异步操作；
2. 可编程逻辑模式，用于集成外部数字逻辑功能，或组合引脚，移位器，或定时器功能，以产生复杂的输出；
3. 可编程状态机，用于从CPU卸载基本的系统控制功能，支持最多8个状态，8个输出，每个状态和3个可选输入；
3. 集成的通用I/O寄存器和引脚上升或下降的边缘中断，以简化软件支持；
4. 支持广泛的协议，包括但不限于：I2C, SPI, I2S, Camera IF, Motorola 68K 或 Intel 8080 bus, PWM 波形发生器，输入捕获（脉冲边缘间隔测量），如 **SENT**
## 管脚配置
当前只需要点亮LCD，只需要配置显示相关的管脚，如下图所示：
1. 在MCUXpress Config Tools 中新建一个功能组，命名为 **TFT_LCD_Init**，
2. 设置管脚路由信息，并修改各个管脚的标志符；
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113653jn8anzfd1jmun00z.png)
- 其中 **LCD_RST**, **LCD_RS**, **LCD_LED** 都是 GPIO Output，分别对应 **J3.1**, **J3.3**, **J3.5**。
- FLEXIO 模拟的 SPI 管脚分别是 **J8.27**, **J8.28**, **J8.26**, **J8.25**。
# 移植
## 移植思路
SPI 接口驱动 TFT LCD 主要设计到3个控制管脚的输出，SPI发送、读取8比特数据。
### 3个GPIO控制管脚
都初始化为 GPIO OUTPUT。
- 其中 **LCD_LED** 是背光管脚，拉高即点亮屏幕，拉低熄屏。当前只需要初始化时输出高电平即可；
- 其中 **LCD_RS** 是数据、命令选择功能，需要提供管脚的电平设置功能，提供两个宏定义即可；
- 其中 **LCD_RST** 是 LCD 复位管脚，输出低电平表示复位，提供两个宏定义即可；
### SPI管脚
初始化 FLEXIO0 的4个管脚，然后初始化 **FLEXIO_SPI**，并关联这4个管脚。
## 关键代码
### GPIO 控制管脚
下面的 `port_LCD_CtrlPin_Init()` 函数是我新增的，仅仅设置 **LCD_LED** 输出高电平，因为这3个管脚的初始化已经由 **MCUXpresso Config Tools** 配置好并生成了初始化代码，见下方的 `TFT_LCD_Init()` 函数。
```c
/**
* @brief LCD 控制管脚初始化
* LCD_RST --> J3.1 P2_0复位管脚：低电平复位
* LCD_RS--> J3.3 P1_22 命令数据选择管脚：高电平--数据；低电平--命令
* LCD_LED --> J3.5 P2_3背光管脚：高电平点亮，也可以 PWM 调节亮度
*
* @param
*/
void port_LCD_CtrlPin_Init(void)
{
// 这3个管脚已经在 BOARD_InitBootPins() 中初始化了
LCD_LED(1);
}
```
```c
/* FUNCTION ************************************************************************************************************
*
* Function Name : TFT_LCD_Init
* Description : Configures pin routing and optionally pin electrical features.
*
* END ****************************************************************************************************************/
void TFT_LCD_Init(void)
{
/* Enables the clock for GPIO1: Enables clock */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Gpio1);
/* Enables the clock for GPIO2: Enables clock */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Gpio2);
/* Enables the clock for PORT1: Enables clock */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Port1);
/* Enables the clock for PORT2: Enables clock */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Port2);
/* Enables the clock for PORT4: Enables clock */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Port4);
gpio_pin_config_t LCD_RS_config = {
.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput,
.outputLogic = 0U
};
/* Initialize GPIO functionality on pin PIO1_22 (pin L4)*/
GPIO_PinInit(TFT_LCD_LCD_RS_GPIO, TFT_LCD_LCD_RS_PIN, &LCD_RS_config);
gpio_pin_config_t LCD_RST_config = {
.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput,
.outputLogic = 0U
};
/* Initialize GPIO functionality on pin PIO2_0 (pin H2)*/
GPIO_PinInit(TFT_LCD_LCD_RST_GPIO, TFT_LCD_LCD_RST_PIN, &LCD_RST_config);
gpio_pin_config_t LCD_LED_config = {
.pinDirection = kGPIO_DigitalOutput,
.outputLogic = 0U
};
/* Initialize GPIO functionality on pin PIO2_3 (pin J3)*/
GPIO_PinInit(TFT_LCD_LCD_LED_GPIO, TFT_LCD_LCD_LED_PIN, &LCD_LED_config);
/* PORT1_22 (pin L4) is configured as PIO1_22 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_RS_PORT, TFT_LCD_LCD_RS_PIN, kPORT_MuxAlt0);
PORT1->PCR = ((PORT1->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT2_0 (pin H2) is configured as PIO2_0 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_RST_PORT, TFT_LCD_LCD_RST_PIN, kPORT_MuxAlt0);
PORT2->PCR = ((PORT2->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT2_3 (pin J3) is configured as PIO2_3 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_LED_PORT, TFT_LCD_LCD_LED_PIN, kPORT_MuxAlt0);
PORT2->PCR = ((PORT2->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT4_20 (pin T10) is configured as FLEXIO0_D28 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_MOSI_PORT, TFT_LCD_LCD_MOSI_PIN, kPORT_MuxAlt6);
PORT4->PCR = ((PORT4->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT4_21 (pin T11) is configured as FLEXIO0_D29 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_MISO_PORT, TFT_LCD_LCD_MISO_PIN, kPORT_MuxAlt6);
PORT4->PCR = ((PORT4->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT4_22 (pin T12) is configured as FLEXIO0_D30 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_SCK_PORT, TFT_LCD_LCD_SCK_PIN, kPORT_MuxAlt6);
PORT4->PCR = ((PORT4->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
/* PORT4_23 (pin U12) is configured as FLEXIO0_D31 */
PORT_SetPinMux(TFT_LCD_LCD_CS_PORT, TFT_LCD_LCD_CS_PIN, kPORT_MuxAlt6);
PORT4->PCR = ((PORT4->PCR &
/* Mask bits to zero which are setting */
(~(PORT_PCR_DSE_MASK | PORT_PCR_IBE_MASK)))
/* Drive Strength Enable: High. */
| PORT_PCR_DSE(PCR_DSE_dse1)
/* Input Buffer Enable: Enables. */
| PORT_PCR_IBE(PCR_IBE_ibe1));
}
```
并提供宏定义实现 GPIO 管脚的输出高低电平功能：
```c
// 硬件 CS，此处忽略
#define LCD_CS_SET
#define LCD_CS_CLR
// 数据、命令选择
#define LCD_RS_SET GPIO_PinWrite(TFT_LCD_LCD_RS_GPIO, TFT_LCD_LCD_RS_GPIO_PIN, 1)
#define LCD_RS_CLR GPIO_PinWrite(TFT_LCD_LCD_RS_GPIO, TFT_LCD_LCD_RS_GPIO_PIN, 0)
#define LCD_RST_SET GPIO_PinWrite(TFT_LCD_LCD_RST_GPIO, TFT_LCD_LCD_RST_GPIO_PIN, 1)
#define LCD_RST_CLR GPIO_PinWrite(TFT_LCD_LCD_RST_GPIO, TFT_LCD_LCD_RST_GPIO_PIN, 0)
```
### FLEXIO_SPI 初始化
对应的管脚路由已经在 `TFT_LCD_Init()` 中配置好了，此处仅需要初始化 **FLEXIO_SPI** 并关联对应的4个管脚。
#### 全局宏定义和变量
```c
/*******************************************************************************
* Definitions
******************************************************************************/
#define BOARD_FLEXIO_BASE (FLEXIO0)
#define FLEXIO_SPI_MOSI_PIN 28U
#define FLEXIO_SPI_MISO_PIN 29U
#define FLEXIO_SPI_SCK_PIN 30U
#define FLEXIO_SPI_CSn_PIN 31U
#define FLEXIO_CLOCK_FREQUENCY CLOCK_GetFlexioClkFreq()
#define EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR DMA0
#define FLEXIO_SPI_TX_DMA_CHANNEL (0U)
#define FLEXIO_SPI_RX_DMA_CHANNEL (1U)
#define FLEXIO_TX_SHIFTER_INDEX 0U
#define FLEXIO_RX_SHIFTER_INDEX 2U
#define EXAMPLE_TX_DMA_SOURCE kDma0RequestMuxFlexIO0ShiftRegister0Request
#define EXAMPLE_RX_DMA_SOURCE kDma0RequestMuxFlexIO0ShiftRegister2Request
#define FLEXIO_SPI_BAUD_HIGH (1000000 * 25)
#define FLEXIO_SPI_BAUD_LOW (1000000 * 1)
/*******************************************************************************
* Variables
******************************************************************************/
static flexio_spi_master_edma_handle_t g_spiHandle;
static edma_handle_t txHandle;
static edma_handle_t rxHandle;
FLEXIO_SPI_Type spiDev;
flexio_spi_master_config_t userConfig;
volatile bool completeFlag = false;
static void spi_master_completionCallback(FLEXIO_SPI_Type *base,
flexio_spi_master_edma_handle_t *handle,
status_t status,
void *userData)
{
if (status == kStatus_Success)
{
completeFlag = true;
}
}
```
#### FLEXIO_SPI 初始化函数
初始化 **FLEXIO_SPI** 并初始化 EDMA。
```c
/**
* @brief SPI 初始化
*
*/
void port_LCD_SPI_Init(void)
{
uint8_t i = 0;
uint8_t err = 0;
dma_request_source_t dma_request_source_tx;
dma_request_source_t dma_request_source_rx;
edma_config_t config;
/* attach PLL0 to FLEXIO */
CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivFlexioClk, 1u);
CLOCK_AttachClk(kPLL0_to_FLEXIO);
/* Init FlexIO SPI. */
/*
* userConfig.enableMaster = true;
* userConfig.enableInDoze = false;
* userConfig.enableInDebug = true;
* userConfig.enableFastAccess = false;
* userConfig.baudRate_Bps = 500000U;
* userConfig.phase = kFLEXIO_SPI_ClockPhaseFirstEdge;
* userConfig.dataMode = kFLEXIO_SPI_8BitMode;
*/
FLEXIO_SPI_MasterGetDefaultConfig(&userConfig);
// NOTE: 此处修改 SPI 通信速率
userConfig.baudRate_Bps = FLEXIO_SPI_BAUD_HIGH;
spiDev.flexioBase = BOARD_FLEXIO_BASE;
spiDev.SDOPinIndex = FLEXIO_SPI_MOSI_PIN;
spiDev.SDIPinIndex = FLEXIO_SPI_MISO_PIN;
spiDev.SCKPinIndex = FLEXIO_SPI_SCK_PIN;
spiDev.CSnPinIndex = FLEXIO_SPI_CSn_PIN;
spiDev.shifterIndex = FLEXIO_TX_SHIFTER_INDEX;
spiDev.shifterIndex = FLEXIO_RX_SHIFTER_INDEX;
spiDev.timerIndex = 0U;
spiDev.timerIndex = 1U;
dma_request_source_tx = (dma_request_source_t)EXAMPLE_TX_DMA_SOURCE;
dma_request_source_rx = (dma_request_source_t)EXAMPLE_RX_DMA_SOURCE;
#if defined(FSL_FEATURE_SOC_DMAMUX_COUNT) && FSL_FEATURE_SOC_DMAMUX_COUNT
/*Init EDMA for example.*/
DMAMUX_Init(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMAMUX_BASEADDR);
/* Request DMA channels for TX & RX. */
DMAMUX_SetSource(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMAMUX_BASEADDR, FLEXIO_SPI_TX_DMA_CHANNEL, dma_request_source_tx);
DMAMUX_SetSource(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMAMUX_BASEADDR, FLEXIO_SPI_RX_DMA_CHANNEL, dma_request_source_rx);
DMAMUX_EnableChannel(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMAMUX_BASEADDR, FLEXIO_SPI_TX_DMA_CHANNEL);
DMAMUX_EnableChannel(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMAMUX_BASEADDR, FLEXIO_SPI_RX_DMA_CHANNEL);
#endif
EDMA_GetDefaultConfig(&config);
EDMA_Init(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR, &config);
EDMA_CreateHandle(&txHandle, EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR, FLEXIO_SPI_TX_DMA_CHANNEL);
EDMA_CreateHandle(&rxHandle, EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR, FLEXIO_SPI_RX_DMA_CHANNEL);
#if defined(FSL_FEATURE_EDMA_HAS_CHANNEL_MUX) && FSL_FEATURE_EDMA_HAS_CHANNEL_MUX
EDMA_SetChannelMux(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR, FLEXIO_SPI_TX_DMA_CHANNEL, dma_request_source_tx);
EDMA_SetChannelMux(EXAMPLE_FLEXIO_SPI_DMA_BASEADDR, FLEXIO_SPI_RX_DMA_CHANNEL, dma_request_source_rx);
#endif
FLEXIO_SPI_MasterInit(&spiDev, &userConfig, FLEXIO_CLOCK_FREQUENCY);
}
```
#### SPI 传输函数
此处仅实现了单个字节的发送和接收函数，通过 eDMA 中断来判断收发是否完成。
```c
uint8_t port_LCD_SPI_TxByte(uint8_t data)
{
flexio_spi_transfer_t xfer = {0};
uint8_t readBack = 0;
/* Send to slave. */
xfer.txData = &data;
xfer.rxData = &readBack;
xfer.dataSize = 1;
xfer.flags = kFLEXIO_SPI_8bitMsb;
FLEXIO_SPI_MasterTransferCreateHandleEDMA(&spiDev, &g_spiHandle,
spi_master_completionCallback, NULL, &txHandle, &rxHandle);
FLEXIO_SPI_MasterTransferEDMA(&spiDev, &g_spiHandle, &xfer);
while (!completeFlag);
completeFlag = false;
return readBack;
}
```
### LCD 读写寄存器、数据函数
下面是 LCD 抽象层的函数，仅仅需要控制管脚输出高低电平、SPI传输单个字节即可。
```c
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_WR_REG(uint8_t data)
* @date :2018-08-09
* @function :Write an 8-bit command to the LCD screen
* @parameters :data:Command value to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WR_REG(uint8_t data)
{
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_CLR;
port_LCD_SPI_TxByte(data);
LCD_CS_SET;
}
/*****************************************************************************
* @name :void LCD_WR_DATA(uint8_t data)
* @date :2018-08-09
* @function :Write an 8-bit data to the LCD screen
* @parameters :data:data value to be written
* @retvalue :None
******************************************************************************/
void LCD_WR_DATA(uint8_t data)
{
LCD_CS_CLR;
LCD_RS_SET;
port_LCD_SPI_TxByte(data);
LCD_CS_SET;
}
```
# 运行
屏幕成功点亮，也能显示中英文字符，绘制图片出了点差错，但是刷屏速度好慢。尝试提高了 SPI 速度，编译器优化等级debug/release 都试过，刷屏的百叶窗效果还是很明显。
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113719o3fu5c37bea753k7.png)
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/18/113729xsnc7rnkq8zh7zpr.png)
演示视频见B站：
(https://www.bilibili.com/video/BV1M7UeYgEf6/)
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