LVGL (Light and Versatile Graphics Library)是一個輕量級的開源圖形庫，采用 C 或者 MicroPython 語言開發(fā)。可以在資源有限的 MCU 上輕松地繪制圖形界面。Verdin iMX8M Plus 模塊的處理器除了 Cortex-A53 核心外，還具有一個 Cortex-M7 核心，其可以運行諸如 FreeRTOS 的實時操作系統(tǒng)。本文接下來就將介紹如何移植  LVGL 到 Verdin iMX8M Plus 的Cortex-M7 核上。

本次演示采用一塊 SPI 接口的 LCD ，屏幕控制器為 ILI9341。除了 VCC 、GND 和背光外，和 Verdin iMX8M Plus 連接的引腳主要有下面四個。

表一：Verdin iMX8M Plus 連接  ILI9341

注意 Verdin iMX8M Plus 的 SoC 使用 1.8V IO，在連接 SPI LCD 時需要使用 3.3V – 1.8V 電壓轉(zhuǎn)換電路。

LVGL 庫分為兩部分。第一部分是圖形實現(xiàn)，包括繪制各類形狀、色彩管理、動畫事件、定時器等，第二部分是硬件驅(qū)動實現(xiàn) lvgl_drivers。LVGL 將每一幀繪制好的圖片數(shù)據(jù)保存在 RAM 中，lvgl_drivers 負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠匡@示設(shè)備。 lvgl_drivers 支持多種顯示器，如 TFT、電子墨水屏、OLED 等。這里是 lvgl_drivers 支持的常見顯示控制器。LVGL 移植時通常只需要修改 lvgl_drivers。例如在本次演示使用了 SPI 接口的顯示屏。Verdin iMX8M Plus 可以提供連接顯示屏所需的 SPI Master 功能。移植任務(wù)主要是適配 lvgl_drivers 中 ILI9341 的 SPI 數(shù)據(jù)傳輸以及 LVGL 圖形庫的幾個重要定時任務(wù)。

首先安裝 iMX8M Plus M7 開發(fā)所需的 SDK，如 SDK_2_12_1_MIMX8ML8xxxKZ。將該工程下載到 SDK 安裝目錄的 SDK_2_12_1_MIMX8ML8xxxKZ/boards/evkmimx8mp/rtos_examples/freertos_ecspi/ 位置。這個工程已經(jīng)包含了下面提到的修改內(nèi)容。

在工程目錄的 armgcc/CmakeLists.txt 添加 lvgl 和 lvgl_drivers。這里指定 v8.3.7，其他的版本可能發(fā)生 API 變更，需要做對應(yīng)的修改。設(shè)置 lvgl 和 lvgl_drivers 的 github 下載源。

---------------------------------------

# Fetch LVGL from GitHub FetchContent_Declare(lvgl GIT_REPOSITORY https://github.com/lvgl/lvgl.git GIT_TAG v8.3.7) FetchContent_MakeAvailable(lvgl) FetchContent_Declare(lv_drivers                      GIT_REPOSITORY https://github.com/lvgl/lv_drivers GIT_TAG v8.3.0) FetchContent_MakeAvailable(lv_drivers)

---------------------------------------

將 lvgl::lvgl 和 lvgl::drivers 編譯到工程中。

---------------------------------------

target_link_libraries(${MCUX_SDK_PROJECT_NAME} PRIVATE lvgl::lvgl lvgl::drivers)

---------------------------------------

在 add_executable(${MCUX_SDK_PROJECT_NAME}  添加下面兩個頭文件。

---------------------------------------

"${ProjDirPath}/../lv_drv_conf.h" "${ProjDirPath}/../lv_conf.h"

---------------------------------------

設(shè)置變量 LV_CONF_PATH，這是 lvgl 的配置文件 lv_conf.h，里面包含屏幕分辨率和 lvgl 圖形庫參數(shù)。

---------------------------------------

# Specify path to own LVGL config header set(LV_CONF_PATH     ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../lv_conf.h     CACHE STRING "" FORCE)

---------------------------------------

FETCHCONTENT_UPDATES_DISCONNECTED 允許每次編譯的時候不必重新下載 lvgl 代碼。

---------------------------------------

SET(FETCHCONTENT_UPDATES_DISCONNECTED ON)

---------------------------------------

在工程目錄下的 lv_conf.h 設(shè)置SPI TFT 屏幕分辨率240*320。

---------------------------------------

#define LV_HOR_RES_MAX 240 #define LV_VER_RES_MAX 320

---------------------------------------

在工程目錄下的 lv_drv_conf.h 設(shè)置 LVGL 硬件驅(qū)動相關(guān)參數(shù)。

LV_DRV_DELAY_US() 和 LV_DRV_DELAY_MS() 需要在自己的代碼中實現(xiàn)（位于freertos_ecspi_loopback.c）。

---------------------------------------

/*********************  * DELAY INTERFACE  *********************/ #define LV_DRV_DELAY_INCLUDE             /*Dummy include by default*/ #define LV_DRV_DELAY_US(us)  LVGL_DELAY_MS((1))       /*Delay the given number of microseconds*/ #define LV_DRV_DELAY_MS(ms)  LVGL_DELAY_MS((ms))       /*Delay the given number of milliseconds*/

---------------------------------------

延時函數(shù)在每個平臺上的實現(xiàn)方法都不同，有的可以使用 while() 或 for() 循環(huán)，在運行操作系統(tǒng)的平臺上可以利用系統(tǒng)提供的 API，例如 Verdin iMX8M Plus M7 的 FreeRTOS 中使用  vTaskDelay()。

---------------------------------------

void LVGL_DELAY_MS(uint8_t ms) {      vTaskDelay( ms / portTICK_PERIOD_MS ); }

---------------------------------------

SPI TFT LCD 采用了 ILI9341 控制器，因此設(shè)置  USE_ILI9341 宏定義，以及分辨率參數(shù)。

---------------------------------------

#ifndef USE_ILI9341 #  define USE_ILI9341       1 #endif #  define LV_HOR_RES            240        #  define LV_VER_RES            320    

---------------------------------------

除了上面的延時函數(shù)外，用于控制  ILI9341 數(shù)據(jù)/命令引腳 的 LV_DRV_DISP_CMD_DATA() 、復(fù)位ILI9341 的 LV_DRV_DISP_RST() 和 SPI 傳輸一個字節(jié)、多個字節(jié)的函數(shù)spi_transaction_one_byte()，spi_transaction_array ()也需要自己實現(xiàn)。在 lv_drv_conf.h 里定義  lv_diplay_cmd_data() 和 lv_diplay_reset()。

---------------------------------------

#define LV_DRV_DISP_INCLUDE                   /*Dummy include by default*/ #define LV_DRV_DISP_CMD_DATA(val)  lv_diplay_cmd_data((val))    /*Set the command/data pin to 'val'*/ #define LV_DRV_DISP_RST(val)       lv_diplay_reset((val))    /*Set the reset pin to 'val'*/

---------------------------------------

由于 iMX8M Plus 的 SPI 在收發(fā)時會自動控制 CS 引腳，因此 LV_DRV_DISP_SPI_CS(val) 可以設(shè)置為空函數(shù)。

---------------------------------------

#define LV_DRV_DISP_SPI_CS(val)          /*spi_cs_set(val)*/     /*Set the SPI's Chip select to 'val'*/ #define LV_DRV_DISP_SPI_WR_BYTE(data)    spi_transaction_one_byte((data))/*spi_wr(data)*/        /*Write a byte the SPI bus*/ #define LV_DRV_DISP_SPI_WR_ARRAY(adr, n) spi_transaction_array((adr), (n))/*spi_wr_mem(adr, n)*/  /*Write 'n' bytes to SPI bus from 'adr'*/

---------------------------------------

在 freertos_ecspi_loopback.c 中實現(xiàn) lv_diplay_cmd_data() ，lv_diplay_reset()，spi_transaction_one_byte()，spi_transaction_array()。

---------------------------------------

void lv_diplay_cmd_data(uint8_t val) {     GPIO_PinWrite(GPIO_PAD, LCD_CMD_DATA, val); } void lv_diplay_reset(uint8_t val) {     GPIO_PinWrite(GPIO_PAD, LCD_RESET, val); }

---------------------------------------

LCD_CMD_DATA  和 LCD_RESET 分別定義如下，用于控制ILI9341 的 命令/數(shù)據(jù)和復(fù)位引腳。

---------------------------------------

#define GPIO_PAD        GPIO1 #define LCD_CMD_DATA    0U #define LCD_RESET       1U

---------------------------------------

SPI 數(shù)據(jù)傳輸采用列隊形式發(fā)送。spi_transaction_one_byte() 和spi_transaction_array() 均采用 xQueueSend() 將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)加入到 spi_queue 列隊中，該列隊長度為 128 字節(jié)。然后運行一個高優(yōu)先級的任務(wù) ecspi_task() 將數(shù)據(jù)從列隊中通過 ECSPI_RTOS_Transfer() 發(fā)送到 ILI9341 控制器。由于發(fā)送數(shù)據(jù)的任務(wù)優(yōu)先級高于寫入列隊的，所以spi_queue 列隊中保存的數(shù)據(jù)會被很快發(fā)送出去。

---------------------------------------

void spi_transaction_one_byte(uint8_t data) {     BaseType_t xStatus;     uint32_t data_to_queue;     data_to_queue = (uint32_t)data;     xStatus = xQueueSend(spi_queue, &data_to_queue, portMAX_DELAY);     if( xStatus != pdPASS )     {         PRINTF( "Could not send to the queue.\r\n" );     } }

---------------------------------------

本演示中，采用不同優(yōu)先級的任務(wù)來實現(xiàn)相應(yīng)的工作。優(yōu)先級數(shù)字越大便是優(yōu)先級越高。為了保證 SPI 及時發(fā)送到 ILI9341，將其設(shè)置為最高優(yōu)先級。

表二：FreeRTOS 任務(wù)描述

draw_lvgl_ui() 中繪制需要顯示的 LVGL UI 內(nèi)容，本演示中將顯示一個動態(tài)伸縮變化的彩色柱。

lv_task_hander_task() 將每隔 5ms 調(diào)用 lv_task_handler()，該函數(shù)會每 5ms 處理 lvgl 相關(guān)任務(wù)。

init_task() 中完成 SPI、ILI9341 的初始化，以及 LVGL 圖形庫的相關(guān)初始化。為了防止在初始化完成前調(diào)用 lv_task_handler 和 UI 繪制，該任務(wù)運行時使用 vTaskSuspend 暫時停止 draw_lvgl_ui 和 lv_task_hander_task 兩個任務(wù)。但 ecspi_task 繼續(xù)運行。

---------------------------------------

void init_task(void *pvParameters) {     vTaskSuspend(xUITaskHandle);  //suspend ui task untill init task finisded.     vTaskSuspend(xLVTaskHandle);          spi_init();     ili9341_init();     lv_init();     hal_init();     PRINTF("Init finised. resume xUI and XLV tasks\r\n");     vTaskResume(xUITaskHandle);     vTaskResume(xLVTaskHandle);

---------------------------------------

vApplicationTickHook 并不是一個單獨的 FreeRTOS 任務(wù)，而是在每個 tick 都會被執(zhí)行。因此，lv_tick_inc 將在每 2ms 運行。該函數(shù)向 LVGL 動畫和其他任務(wù)提供已經(jīng)運行的時間信息，需要保證其運行的準(zhǔn)確性和粒度。

---------------------------------------

void vApplicationTickHook(void) {     static uint32_t ulCount = 0;     ulCount++;     if (ulCount >= 2UL)     {         lv_tick_inc(2);   //calling every 2 milliseconds.         ulCount = 0UL;     } }

---------------------------------------

修改 FreeRTOSConfig.h 中的下面參數(shù)，實現(xiàn)每個 TICK 為 1ms，以及啟用上面提到的 TICK_HOOK。

---------------------------------------

#define configTICK_RATE_HZ                      ((TickType_t)1000) #define configUSE_TICK_HOOK                     1

---------------------------------------

由于 LVGL 運行需要較大的 RAM 空間，因此該演示的 M7 固件會被加載到 DDR RAM 上運行。在編譯的時候使用 build_ddr_release.sh 腳本。

---------------------------------------

export ARMGCC_DIR=/opt/gcc-arm-none-eabi-10.3-2021.10 cd armgcc ./build_ddr_release.sh

---------------------------------------

在 U-Boot 里面設(shè)置 m7bootddr 參數(shù)，將上面編譯好的 M7 固件加載到地址為 0x80000000 的 DDR RAM 中。

---------------------------------------

Verdin iMX8MP # print m7bootddr m7bootddr=tftp 0x80000000 m7.bin; dcache flush; bootaux 0x80000000

---------------------------------------

啟動時在 U-Boot 中運行下面命令。

---------------------------------------

run m7bootddr

---------------------------------------

運行效果如下。

總結(jié)

本文介紹為 Verdin iMX8M Plus M7 移植 LVGL 的步驟和創(chuàng)建對應(yīng)  FreeRTOS 任務(wù)。在項目中需要為實際使用的外設(shè)和業(yè)務(wù)設(shè)置合適的任務(wù)優(yōu)先級，保證圖形流暢顯示以及數(shù)據(jù)及時處理。在 device tree 也需要把 M7 所使用的外設(shè)禁用，避免和 Linux 系統(tǒng)的沖突。