痞子衡嵌入式：记录i.MXRT1060驱动LCD屏显示横向渐变色有亮点问题解决全过程（解答篇）

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

上一篇发出之后，大家在我的微信公号文章下面留言很热烈，大部分朋友都把怀疑点放在了HyperRAM时序配置上，觉得很大概率是HyperRAM的数据访问出了问题导致了LCD显示异常，这个怀疑是非常合情合理的，那么从高效定位问题的角度，我们接下来应该怎么做？

　　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.MXRT1060上LCD横向渐变色显示出亮点问题的分析解决经验。

　　接上篇《一个关于LCD屏显示出异常亮点的故事(上)》咱们继续聊，上一篇发出之后，大家在我的微信公号文章下面留言很热烈，大部分朋友都把怀疑点放在了HyperRAM时序配置上，觉得很大概率是HyperRAM的数据访问出了问题导致了LCD显示异常，这个怀疑是非常合情合理的，那么从高效定位问题的角度，我们接下来应该怎么做？

一、问题分析

　　让我们回到上一篇的最后，痞子衡列出了所有可能出问题的地方，我们现在需要将这些疑点逐一排除：

  1. 客户LCD显示测试代码逻辑是否有问题？

  2. 客户LCD屏与i.MXRT1060连接（线序）是否有问题？

  3. 客户LCD屏的ST7701S驱动移植（从STM32到i.MXRT1060）是否有问题？

  4. 客户选用的HyperRAM本身质量是否有问题？

  5. i.MXRT1060配置的客户HyperRAM时序参数是否有问题？

  6. i.MXRT1060的LCD显示模块eLCDIF驱动是否有问题？

  7. i.MXRT1060系统的总线处理（如Cache、总线竞争）是否有问题？

　　这些怀疑点总结下来就是两类，一类是硬件问题（如2、4），另一类是软件问题（如1、3、5、6、7）。痞子衡觉得应该从软件疑点先下手。因为从现象上看，硬件上基本没啥大问题，LCD是能够按代码设计那样去显示的，而且硬件问题检查起来（可能涉及改板子或者焊接，万一整坏了板子...）不如验证软件问题来得快，等软件疑点初步排除了，再找硬件问题也不迟。

　　确定了从软件疑点下手，那么从哪一个开始呢？当然是大家都认为最可疑的点 - HyperRAM时序配置问题这点先入手，不过直接去检查HyperRAM时序配置较为繁琐，我们有更好的选择，uint32_t s_frameBuffer[480][480]总大小为900KB，这小于i.MXRT1060内部RAM总空间（1MB），所以我们完全可以将这个frameBuffer链接到内部RAM里来规避HyperRAM时序配置问题（疑点5）以及系统总线处理问题（疑点7），另外我们还可以直接用J-Link修改内部RAM里的frameBuffer数据来规避客户测试代码逻辑问题（疑点1）。为了方便地生成frameBuffer数据，我们还需要写个简单的Python脚本，那么我们先尝试用这一套方法在LCD上显示一个真实风景照吧。

Note: 这套验证方法的最大好处是高效且省时，不需要在App代码工程里改frameBuffer相关代码以及一次次地重新编译下载。

二、开始测试

2.1 将frameBuffer链接到内部RAM里

2.1.1 重配FlexRAM

　　首先是需要在App工程的startup_MIMXRT1062.s文件里修改Reset_Handler代码，增加FlexRAM重配代码，因为默认RAM配置是128KB ITCM, 128KB DTCM, 768KB OCRAM，我们要将其调整为1MB OCRAM。

__iomux_gpr16_adr     EQU  0x400AC040
__iomux_gpr17_adr     EQU  0x400AC044
__flexram_bank_cfg    EQU  0x55555555
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;
;; Default interrupt handlers.
;;
        THUMB
        PUBWEAK Reset_Handler
        SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
        CPSID   I               ; Mask interrupts
        ;新增代码（开始）
        LDR R0,=__iomux_gpr17_adr
        MOV32 R1,__flexram_bank_cfg
        STR R1,[R0]
        LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
        LDR R1,[R0]
        ORR R1,R1,#4
        STR R1,[R0]
        ;新增代码（结束）
        LDR     R0, =0xE000ED08
        LDR     R1, =__vector_table
        ; ...

2.1.2 调整MPU设置

　　然后我们要在App工程的board.c文件里修改BOARD_ConfigMPU()函数，增加如下代码，确保全部1MB OCRAM地址空间(0x20200000开始)都是non-cacheable属性。

/* Region 6 setting: Memory with Normal type, not shareable, non-cacheable */
MPU->RBAR = ARM_MPU_RBAR(6, 0x20200000U);
MPU->RASR = ARM_MPU_RASR(0, ARM_MPU_AP_FULL, 1, 0, 0, 0, 0, ARM_MPU_REGION_SIZE_1MB);

2.1.3 修改链接文件

　　最后我们要在App工程的main函数源文件里将s_frameBuffer放在一个自定义的.frameBuffer段里，以便在App链接文件里将其放到OCRAM地址空间里（0x20200000 - 0x202FFFFF）。

　　main函数源文件中的修改：

__no_init   uint32_t s_frameBuffer[APP_IMG_HEIGHT][APP_IMG_WIDTH] @ ".frameBuffer";

　　App工程链接文件中的修改：

define symbol m_data2_start  = 0x20200000;
define symbol m_data2_end    = 0x202FFFFF;
define region DATA2_region = mem:[from m_data2_start to m_data2_end];
place in DATA2_region        { section .frameBuffer };

2.2 编写Python脚本生成frameBuffer数据

2.2.1 风景图片数据

　　我们可以从网上找一张.jpg格式图片，将其尺寸裁剪到480x480，然后借助Pillow里的Image库将其转成XRGB8888格式的binary文件，对应Python脚本（脚本名为convert_jpeg_to_xrgb8888.py）用法和源代码如下：

import sys, os
import argparse
from PIL import Image
class ConvertJpegToXrgb8888(object):
    def __init__(self):
        pass
    def _read_options(self):
        parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
        parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType("wb"), help="Specify the output file.")
        parser.add_argument("input", help="JPEG Image file."),
        return parser.parse_args()
    def run(self):
        args = self._read_options()
        imgObj = Image.open(args.input)
        pixelBuf = imgObj.getdata()
        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.write(chr(0))
        args.output.close()
if __name__ == "__main__":
    exit(ConvertJpegToXrgb8888().run())

2.2.2 RGB测试数据

　　此外我们还需要一个脚本，能够很容易地修改生成指定的RGB测试数据，用于定位亮点问题，对应Python脚本（脚本名为generate_xrgb8888.py）用法和源代码如下：

import sys, os
import argparse
class GenerateXrgb8888(object):
    def __init__(self):
        pass
    def _read_options(self):
        parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
        parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType("wb"), help="Specify the output file.")
        return parser.parse_args()
    def _make_xrgb8888(self, r, g, b):
        return chr(b) + chr(g) + chr(r) + chr(0)
    def run(self):
        args = self._read_options()
        for i in range(160):
            for j in range(480):
                args.output.write(self._make_xrgb8888(j%256, 0, 0))
        for i in range(160):
            for j in range(480):
                args.output.write(self._make_xrgb8888(0, j%256, 0))
        for i in range(160):
            for j in range(480):
                args.output.write(self._make_xrgb8888(0, 0, j%256))
        args.output.close()
if __name__ == "__main__":
    exit(GenerateXrgb8888().run())

2.3 使用J-Link将frameBuffer数据更新进OCRAM

2.3.1 显示风景图片

　　我们从网上随便找一张风景图片scenery.jpg，使用convert_jpeg_to_xrgb8888.py脚本将其转换为scenery.bin，然后将J-Link仿真器挂上芯片，成功连接之后，使用loadbin scenery.bin 0x20200000命令将图片数据下载进内部RAM。

　　这时候你可以看到LCD的显示变成了图片：

2.3.2 显示RGB测试数据

　　从上一节测试的真实图片显示效果上看，似乎看不出明显的亮点问题，这说明亮点在特定RGB数据内容显示的时候才会显现出来，那么我们现在的任务就是要找到这个显现条件，这时候需要修改generate_xrgb8888.py脚本来反复做实验。

　　所以痞子衡就不断地修改脚本、生成数据、下载数据，功夫不负有心人，痞子衡找到了亮点复现规律。

三、原因分析

　　痞子衡发现的亮点规律是当横向某两个连续渐变像素点RGB任一分量出现多bit由1向0跳变时（比如前一个像素点B分量是8"b01111111，后一个像素点B分量是8"b10000000），则后一个像素点必是亮点，这个亮点像素点最终显示的B分量极可能变成了8"b11111111。

　　所以分析下来应该是DCLK信号的极性设置在屏的驱动IC和i.MXRT1060的eLCDIF模块里不匹配，RGB数据线采样时机错了，导致实际显示的RGB数据发生了错误。

　　在SDK的elcdif_rgb example里关于eLCDIF模块信号输出的极性设置如下，这里需要注意的是kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge是置1（即上沿数据输出，下沿数据保持的意思）。

#define APP_POL_FLAGS (kELCDIF_DataEnableActiveHigh | kELCDIF_VsyncActiveLow | kELCDIF_HsyncActiveLow | kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge)

　　这是i.MXRT1060 eLCDIF极性配置相关：

　　这是OTA5180A芯片的默认极性配置时序图：

　　SDK里的极性设置与i.MXRT1060-EVK标配的LCD屏（RK043FN02H-CT）里的驱动芯片OTA5180A默认配置是相吻合的。

　　我们现在再来看看SDK里的极性设置与客户LCD屏的驱动芯片ST7701S的极性配置是否匹配，客户设置了ST7701S的IM[3:0]状态为4"b1010，即RGB模式输出，且PCLK是下沿数据输入，上沿数据保持（Latch），因此跟SDK里的极性设置是反相的。

　　所以最终的解决方法就是要么将ST7701S的IM[3:0]状态设为4"b0010，要么在App代码里将APP_POL_FLAGS定义改用kELCDIF_DriveDataOnFallingClkEdge。

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