【Avnet | NXP FRDM-MCXN947试用活动】评测5--移植 LVGL跑benchmark
本帖最后由 eefocus_3891719 于 2024-11-19 10:53 编辑# 背景
上一个帖子以 FLEXIO_SPI 驱动了 TFT LCD，此贴移植 LVGL，测试刷屏速度。
# LVGL 移植
## 1. 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：
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104526vp3w6dgk4g3wuy6z.png)
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。
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104539iegnamkehwekedal.png)
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：
```shell
set(CONFIG_USE_xxxx true) # 其他组件
# 引入 LVGL 时添加的两行
set(CONFIG_USE_middleware_lvgl true)
set(CONFIG_USE_middleware_lvgl_template true)
```
## 2. 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：
```shell
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)`
```c
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, (void *)s_frameBuffer, 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。
```c
/* 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；
```c
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;
#if 0
// 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`。
```c
/**
* @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;
}
```
## 3. 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：
```c
/**
* @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!.\r\n");
while (1);
}
}
```
## 4. 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。
```c
/*!
* @brief FreeRTOS tick hook.
*/
void vApplicationTickHook(void)
{
if (s_lvgl_initialized)
{
lv_tick_inc(1);
}
}
```
## 5. 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
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104608g4caa9wlez347e74.png)
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；
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104619n3s53t3ffmqma3fc.png)
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:
```c
# 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：
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104636xz6bib35bynnodst.png)
`middleware_lvgl.cmake` 文件修改如下：
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104649t0jbyytjygltm90h.png)
#### 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；
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104659b0efm1mm00i0drkd.png)
演示视频见B站：
(https://www.bilibili.com/video/BV13pUbYhEPx/?vd_source=8f2bbf56b70c541bec2ea0b9f102ebee)
# 总结
## 1. MCUXpresso 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。
!(https://www.eefocus.com/forum/data/attachment/forum/202411/19/104716mza0ac6axaaefge6.png)
## 2. MCUXpresso 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：
1. 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。
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