基于STM32F429的嵌入式显示控制系统设计Word格式文档下载.docx

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UC/OS；

UC/GUI.

　　高性能TFT液晶显示控制系统方案作为电子产品设计开发的重要组成部分，在航电、机载舰载等国防设备上的应用也越加广泛。

启动快、稳定、可靠、方便移植的显示控制系统方案，对国防产品的总体水平有较大推进作用。

意法半导体STM32F429系列微处理器集成ARMCortex-M4内核，带FPU功能，主频180MHZ，片内Flash大小为2MB，片内SRAM大小为256+4KB，内置的LCD-TFT显示控制器和DMA-2D图形加速器，使高品质的图形显示界面成为可能。

本文基于STM32F429处理器，完成了显示控制系统的软硬件架构设计，为增强系统移植和升级可操作性，系统软件集成了UC/OS-III操作系统，UC/GUI图形系统，目前已在航电产品上初步验证了本平台方案的可行性，显示效果理想。

本文主要介绍系统平台的软硬件架构和各模块特点，系统移植要点，并通过自主编写的某航电设备应用程序，验证系统平台的可行性。

　　1系统硬件结构

　　显控平台嵌入式系统拟用于航电设备显示控制器，实现设备信息的人机交互。

系统架构如图1所示，主芯片型号STM32F429，用USART2作为调试串口与PC通信；

通过USART1串口与主控系统通讯，完成电台、罗盘、高度表等接口设备的信息收集；

主芯片通过UART接口与LCM交互控制信息，通过RGB接口传输LTDC控制器图形数据，显示相应状态到液晶显示（LCM）控制面板；

通过按键输入实现接口设备工作模式和参数配置；

使用FMC接口管理SDRAM，为DMA2D图形加速模块提供内存需求。

　　2系统软件结构

　　系统软件结构如图2所示，软件设计包括驱动BSP设计、UC/OS-III操作系统集成、UC/GUI图形系统集成、APP设计4个部分。

驱动部分主要包括LCM、SDRAM、串口、按键等外设模块；

操作系统集成方便多任务管理，有利于硬件平台升级；

图形系统的集成为应用程序图形界面开发提供标准接口，在应用程序移植方面的帮助较大；

APP设计是根据用户具体需求，编制信息显示和参数管理界面，为用户提供清晰的数据信息和便捷的控制方式。

　　3BSP设计

　　显控系统BSP外设驱动设计主要包括LCM、SDRAM、串口、按键KEY等模块，除了外设驱动，为提升图形显示效果，开启了DMA2D图形加速模块功能；

同时，为实现电台等设备的参数存储功能，本方案预留了内部FLASH最后一个扇区（第23区）128KB空间用于保存参数，并为应用程序提供读写接口函数，主要接口特性如下。

　　3.1LCM液晶模块设计

　　本方案选用LCM液晶模块型号LCM050VA07，液晶显示模块分辨率为640×

480，采用RGB666并行18bit接口，该模块符合GJB150-1986军用设备环境试验要求，满足低温贮存、低温工作、高温贮存、高温工作、温度冲击、温度-高度、加速度、冲击、振动、霉菌、盐雾等环境要求，符合航电产品要求。

　　LTDC模块支持24bitRGB控制模式，本方案LCM接口为18bit。

因此，引脚只需要高6位即可，图层支持2个，LTDC控制模块可以满足LCM模块驱动要求。

本方案采用的LCM模块，除了LCD-RGB图形数据接口外，还提供了自检、加热、亮度设置、昼夜模式等可控功能，遵循标准的RS232通信方式，按照LCM通信协议，驱动模块需要为上层提供封装好的功能函数API接口。

视频信号驱动原理类似常用的C518080总线，点时钟驱动，在控制信号的相互配合下，按顺序把数据写入液晶屏。

不同型号LCM模块，其时序控制和时钟等参数是不同的，因此，对LCD-TFT控制器HSYNCandVSYNCwidth，HBP，HFP，VBP，VFP等时序参数及时钟配置，需要根据具体的LCM设备要求来设置。

　　3.2SDRAM模块设计

　　使用UC/GUI和DMA2D加速控制器模块后，需要为LTDC模块分配图形缓存空间，LTDC入口如果采用ARGB8888模式，每Pixel需要占用4字节内存，最小存储空间需要640×

480×

4=1，228，800Byte。

如果采用2个图层，需要占用存储2.5MB左右，因此，使用内部RAM的方法不可取，必须扩张外部SDRAM。

存储接口建立后，用户对图形的操作，相当于写相应的SDRAM存储。

LTDC控制模块通过读取映射的SDRAM地址，实现对LCD图形接口的控制。

　　本方案选用SDRAM芯片型号为MT48LC8M16A2P-75。

存储大小为8M×

16bit=128Mbit，12位地址线，16位数据线，控制线有CLK，CKE，CS，WE，CAS，RAS，BA0，BA1。

主芯片STM32F4x9支持2片SDRAM，分别是NE1和NE2，本方案选用SDNE1接口。

　　3.3内部FLASH模块设计

　　主芯片内部FLASH大小为2MB，UC/OS和UC/GUI系统集成后，程序烧写约占用0.5MB空间，在控制中文字库大小的基础上，内部FLASH有足够空间用于存储平台参数，因此，外部扩展FLASH的方案可以暂时保留。

为实现内部FLASH保存参数的功能，底层需要为应用层提供读写接口。

内部FLASH共24个扇区，为防止用户参数功能和主程序存储使用的冲突，如果该功能被使能，必须保证BIN文件烧写占用的空间小于1920KB（2MB～128KB），否则需要考虑扩展外部FLASH的方案。

　　3.4串口模块设计

　　STM32F429主芯片提供了8个同步异步串口，串口的调用，首先是串口初始化，包括硬件、引脚参数配置、中断配置等。

初始化完成后，串口通过读写功能函数交互信息，读写可通过中断方式触发，写串口时，通过调用发送接口函数，将待传信息打包到指定结构体，使能中断，当发送条件满足时，触发中断函数执行信息的发送。

同理，需要接受串口信息时，先调用读函数入口，准备缓存空间和SIZE，调用接收接口函数，打包信息，使能中断，当底层检测到有信息被接受时，会触发接收中断函数，进行信息的接收；

接收完成后，可以根据用户的需要，对接重写的回调函数，对接收的信息进行处理。

　　3.5键盘模块设计

　　当目标设备按键数量不多时，可以考虑用中断的方法来实现按键设计。

由于本案需要用到12个按键，并且有多个旋钮开关，因此，键盘模块使用行列扫描的方法来实现，3×

4的矩阵键盘，可以满足本案需求；

在uC/OS的任务管理器调度基础上，为矩阵键盘单独开启一个任务，每200ms扫描一次键盘即可，经实际验证，效果理想。

　　4系统软件移植

　　UC/OS系统是基于优先级的可抢占式硬实时内核，包括任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间通信与同步等基本功能。

UC/OS-III移植需要重点检查Ports的3个文件：

os_cpu.h，os_cpu_c.c，os_cpu_a.asm，这3个文件中，os_cpu.h文件是与处理器和编译相关的代码，os_cpu_c.c是用C语言编写的与操作系统相关的函数，os_cpu_a.asm是用汇编语言编写的与处理器相关的函数。

　　UC/GUI图形系统的集成是为了给应用程序提供友好和标准的接口，方便应用程序图形界面的开发和移植。

该系统具有开源、占用资源少、高性能、高可靠性、可移植、可配置等特点。

该系统移植主要针对CONFIG文件进行配置，主要涉及系统接口和驱动配置文件，为适应个性化的LCD硬件，主要修改GUIConf.h和LCDConf.h文件，如果是触摸屏，需要修改GUITouchConf.h文件。

另外，显示器需要支持中文输出，需要集成中文字库。

　　5应用软件设计及测试效果

　　显控系统拟用于航电设备的显示控制器，操作系统和图形系统集成到系统平台后，结合驱动部分提供的按键和LCM控制功能接口，可以非常方便的实现人机交互控制程序，开发出满足用户需求的应用程序。

本显控系统方案已在航电设备项目上初步验证，程序内核精简，编译总大小可控制在1.2MB以内，系统启动速度快，整个启动过程在1秒内完成，性能稳定，各项环境测试符合要求；

开发初期的试验效果理想，实际测试效果如图3所示。

　　6结语

　　本设计实现了一种基于STM32F429平台的显示控制系统，利用串口实现与主控板的信息交互，监控各设备的状态信息，与常见的Linux，VxWorks系统相比，本方案具有启动时间快、内核精简、性能稳定、移植方便等优点；

系统移植了UC/GUI图形系统，标准图形接口的使用，有利于硬件平台的更新升级。

本方案适用于环境要求比较高的专业平台，拟用于航电设备，为航电设备的显示控制提供个性支持。

同时，本文对应用STM32F4系列平台搭建嵌入式显示控制系统具有一定的参考价值。

　　[参考文献]

　　[1]邵青.基于STM32F4x9的LCD显示设计方案[J].单片机与嵌入式系统应用，2014（6）：

82-83.

　　[2]廖义奎.ARMCortex-M4嵌入式实战开发精解[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2013.

　　DesignofEmbeddedDisplayControlSystemBasedonSTM32F429

　　HuZehua

　　（GuangzhouHaigeCommunicationsGroupIncorpratedCompany，Guangzhou510000，China）

　　Abstract：

Inordertomeettheindividualneedsofdisplaycontrolsystemintheavionicsproducts，wedesignedaspecialplatformwhichusethestm32f4microcontrollerasthecore，equippedwithUC/OSoperatingsystemthatishighreal-time，fastboot，streamlinekernel，integratedtheuniversalandtransplantableUC/GUIgraphicssystem.Thispaperintroducedthesoftwareandhardwarearchitecture，andthecharacteristicsofeachmoduleinterface.Throughthespecialapplicationofavionicsequipment，thefeasibilityofthesystembeverified.Thetestresultsshowthatthesystemhasfaststartingspeed，stableandreliableperformanceandstrongpracticability.

　　Keywords：

displaycontrolsystem；

STM32；

Cortex-M4；

UC/OS；

UC/GUI

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