ARM.9(RGBLCD,PWM) - 技术栈

1.LCD

LCD 全称是 Liquid Crystal Display，也就是液晶显示器，是现在最常用到的显示器，手机、电脑、各种人机交互设备等基本都用到了 LCD，最常见就是手机和电脑显示器了。这里需要注意的是，我们所提及的 LCD 不包括触摸功能，触摸功能是通过另外的设备实现的，LCD 在这里只是输出设备。LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置 TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过 TFT 上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。我们现在要在 IMX6U-ALPHA 开发板上使用 LCD，所以不需要去研究 LCD 的具体实现原理，我们只需要从使用的角度去关注 LCD 的几个重要点：

**分辨率：**提起 LCD 显示器，我们都会听到 720P、1080P、2K 或 4K 这样的字眼，这个就是 LCD 显示器分辨率。LCD 显示器都是由一个一个的像素点组成，像素点就类似一个灯(在 OLED 显示器中，像素点就是一个小灯)，这个小灯是 RGB 灯，也就是由 R(红色)、G(绿色)和 B(蓝色)这三种颜色组成的，而 RGB 就是光的三原色。1080P 的意思就是一个 LCD 屏幕上的像素数量是 1920 * 1080 个，也就是这个屏幕一列 1080 个像素点，一共 1920 列

上图就是 1080P 显示器的像素示意图，X 轴就是 LCD 显示器的横轴，Y 轴就是显示器的竖轴。图中的小方块就是像素点，一共有 1920 * 1080=2073600 个像素点。左上角的 A 点是第一个像素点，右下角的 C 点就是最后一个像素点。2K 就是 2560 * 1440 个像素点，4K 是 3840 * 2160 个像素点。很明显，在 LCD 尺寸不变的情况下，分辨率越高越清晰。同样的，分辨率不变的情况下，LCD 尺寸越小越清晰。比如我们常用的 24 寸显示器基本都是 1080P 的，而我们现在使用的 5 寸的手机基本也是 1080P 的，但是手机显示细腻程度就要比 24 寸的显示器要好很多。

此外，LCD 显示器的分辨率是一个很重要的参数，但是并不是分辨率越高的 LCD 就越好。衡量一款 LCD 的好坏，分辨率只是其中的一个参数，还有色彩还原程度、色彩偏离、亮度、可视角度、屏幕刷新率等其他参数。

一个像素点就相当于一个 RGB 小灯，通过控制 R、G、B 这三种颜色的亮度就可以显示出各种各样的色彩。那该如何控制 R、G、B 这三种颜色的显示亮度呢？一般一个 R、G、B 这三部分分别使用 8bit 的数据，那么一个像素点就是 8bit*3=24bit，也就是说一个像素点 3 个字节，这种像素格式称为 RGB888。如果再加入 8bit 的 Alpha(透明)通道的话一个像素点就是 32bit，也就是 4 个字节，这种像素格式称为 ARGB8888。如果学习过 STM32 的话应该还听过 RGB565 这种像素格式，在本次实验中我们使用 ARGB8888 这种像素格式，一个像素占用 4个字节的内存。

上图中，一个像素点是 4 个字节，其中 bit31~bit24 是 Alpha 通道，bit23~bit16 是 RED 通道，bit15~bit14 是 GREEN 通道，bit7~bit0 是 BLUE 通道。所以红色对应的值就是 0x00FF0000，蓝色对应的值就是 0x000000FF，绿色对应的值为 0x0000FF00。通过调节 R、G、B 的比例可以产生其它的颜色，比如 0x00FFFF00 就是黄色，0x00000000 就是黑色，0x00FFFFFF 就是白色。

2.RGBLCD

在垂直同步信号和行同步信号前后会拉高de信号线让发送数据无效。

(VFP + VSPW + VBP + height) * (HFP + HSPW + HPB + width)

这个公式通常用于计算 LCD 显示屏的总显存大小（Frame Buffer Size）或者 LCD 扫描总行数与总列数的乘积。它代表了屏幕完成一整帧图像显示所需处理的总像素点数量。

各参数含义如下：

纵向参数（高度相关）：

height：LCD 屏幕的物理有效显示高度（即分辨率中的高，如 1080）。

VFP(Vertical Front Porch)：垂直前肩（消隐期行数）。

VSPW(Vertical Sync Pulse Width)：垂直同步脉冲宽度（行数）。

VBP(Vertical Back Porch)：垂直后肩（消隐期行数）。

这四项之和代表了 LCD 控制器在一帧画面内需要扫描的总行数。

横向参数（宽度相关）：

width：LCD 屏幕的物理有效显示宽度（即分辨率中的宽，如 1920）。

HFP(Horizontal Front Porch)：水平前肩（消隐期像素数）。

HSPW(Horizontal Sync Pulse Width)：水平同步脉冲宽度（像素数）。

HPB(Horizontal Back Porch)：水平后肩（消隐期像素数）。

这四项之和代表了 LCD 控制器在每一行内需要扫描的总像素数。

最终计算逻辑：

(总行数) × (每行总像素数) = 屏幕一帧所需的总像素点数

LCD行显示时序：

LCD帧显示时序：

因此：(VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)= (3 + 32 + 480 + 13) * (48 + 88 + 800 + 40) = 。显示一帧图像需要515328个时钟数，那么显示60帧就是：515328 * 60 = 30,919,680≈31M，所以像素时钟就是 31MHz。

LCD的PCLK来自PLL5，因此我们首先配置时钟以及引脚复用和LCD相关寄存器配置：

引脚复用：

时钟配置：

cs 复制代码

void init_lcd_clk(void)
{
    // ========== 1、配置视频PLL（PLL5）生成基准时钟 ==========
    
    // 临时使能PLL视频时钟输出（bit16=1），防止配置过程中时钟不稳定
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 16);
    
    // 使能PLL视频时钟的BYPASS旁路模式（bit12=1），暂时绕过PLL直接输出参考时钟
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 12);
    
    // 清空分子寄存器（整数分频配置）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO_NUM = 0;
    
    // 设置分母寄存器为1（整数分频配置）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO_DENOM = 1;
    
    // 清除低7位的分频系数（bits 6:0）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(0x7F << 0);
    
    // 设置分频系数为42（配置PLL的输出频率）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (42 << 0);
    
    // 清除后分频系数（bits 19:18）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(3 << 19);
    
    // 设置后分频系数为2（输出频率 = VCO频率 / 后分频）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (2 << 19);
    
    // 关闭BYPASS旁路模式（bit12=0），让PLL正常工作
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(1 << 12);
    
    // 使能PLL视频时钟的内部滤波和稳定电路（bit13=1）
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 13);
    
    // 等待PLL锁定（bit31为锁定位，1表示PLL已锁定输出稳定时钟）
    while((CCM_ANALOG->PLL_VIDEO & (1 << 31)) == 0);
    
    // 关闭临时使能位（bit16=0），PLL配置完成
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(1 << 16);
    
    // ========== 2、配置LCDIF时钟分频器（CSCDR2寄存器） ==========
    unsigned int t;
    t = CCM->CSCDR2;                    // 读取时钟分频控制寄存器2
    
    // 配置LCDIF时钟预分频器（bits 17:15）
    t &= ~(7 << 15);                    // 清除bit17-bit15（原分频值）
    t |= (2 << 15);                     // 设置预分频值为2
    
    // 配置LCDIF时钟后分频器（bits 14:12）
    t &= ~(7 << 12);                    // 清除bit14-bit12（原分频值）
    t |= (3 << 12);                     // 设置后分频值为3
    
    // 配置LCDIF时钟根分频器（bits 11:9）
    t &= ~(7 << 9);                     // 清除bit11-bit9（原分频值）
                                        // 根分频值保持为0（不分频）
    
    // 写入配置
    CCM->CSCDR2 = t;
    
    // ========== 3、选择LCDIF时钟源 ==========
    // 设置CBCMR寄存器的bit25-bit23为0b111，选择视频PLL作为LCDIF的时钟源
    CCM->CBCMR |= (7 << 23);            // 选择视频PLL作为LCDIF时钟源
}

LCD相关寄存器配置：

cs 复制代码

void init_lcd(void)
{
    init_lcd_io(); 
    reset_lcd();
    init_lcd_clk();

    // ========== 2、设置LCD显示参数 ==========
    lcd_dev.width = 800;        // 水平分辨率800像素
    lcd_dev.height = 480;       // 垂直分辨率480像素
    lcd_dev.hspw = 48;          // 水平同步脉冲宽度
    lcd_dev.hbp = 88;           // 水平后肩
    lcd_dev.hfp = 40;           // 水平前肩
    lcd_dev.vspw = 3;           // 垂直同步脉冲宽度
    lcd_dev.vbp = 32;           // 垂直后肩
    lcd_dev.vfp = 13;           // 垂直前肩
    lcd_dev.pix_size = 4;       // 每个像素4字节（32位色深，ARGB格式）
    lcd_dev.frame_buffer = LCD_FRAMEBUFFER_ADDR;  // 显存基地址
    lcd_dev.fore_color = 0x00FF00;   // 前景色：绿色
    lcd_dev.back_color = 0x00000000; // 背景色：黑色

    // ========== 3、配置LCDIF控制器寄存器 ==========
    // 配置CTRL控制寄存器
    LCDIF->CTRL |= (1 << 19) |      // 设置运行模式：使能显示
                   (1 << 17) |      // 设置数据格式为RGB888
                   (3 << 10) |      // 选择输入数据格式为32位
                   (3 << 8)  |      // 设置字节交换模式
                   (1 << 5);        // 使能输出数据格式转换
    
    // 配置CTRL1控制寄存器1
    LCDIF->CTRL1 = (7 << 16);       // 设置数据缓冲大小
    
    // 设置传输计数值（一帧的总像素数）
    LCDIF->TRANSFER_COUNT = (lcd_dev.height << 16) | (lcd_dev.width);
    
    // 设置当前帧缓冲区和下一帧缓冲区地址
    LCDIF->CUR_BUF = lcd_dev.frame_buffer;   // 当前显示缓冲区
    LCDIF->NEXT_BUF = lcd_dev.frame_buffer;  // 下一帧缓冲区（单缓冲模式，指向相同地址）
    
    // 配置VDCTRL0（视频控制寄存器0）- 垂直时序控制
    LCDIF->VDCTRL0 = (1 << 28) |      // 使能显示
                     (1 << 24) |      // 设置VSYNC有效电平为高
                     (1 << 21) |      // 使能数据使能（ENABLE）信号
                     (1 << 20) |      // 设置数据使能极性为高有效
                     (lcd_dev.vspw << 0);  // 垂直同步脉冲宽度
    
    // 配置VDCTRL1（视频控制寄存器1）- 垂直周期总行数
    LCDIF->VDCTRL1 = lcd_dev.height + lcd_dev.vspw + lcd_dev.vfp + lcd_dev.vbp;
    
    // 配置VDCTRL2（视频控制寄存器2）- 水平时序控制
    LCDIF->VDCTRL2 = (lcd_dev.hspw << 18) |                    // 水平同步脉冲宽度
                     (lcd_dev.hspw + lcd_dev.hfp + lcd_dev.hbp + lcd_dev.width);
    
    // 配置VDCTRL3（视频控制寄存器3）- 同步信号位置
    LCDIF->VDCTRL3 = ((lcd_dev.hspw + lcd_dev.hbp) << 16) |   // 水平同步到数据起始的间隔
                     (lcd_dev.vspw + lcd_dev.vbp);            // 垂直同步到数据起始的间隔
    
    // 配置VDCTRL4（视频控制寄存器4）- 水平周期总像素数
    LCDIF->VDCTRL4 = (1 << 18) |      // 数据有效信号使能
                     (lcd_dev.width); // 水平显示宽度
    
    // 使能LCD控制器（启动显示）
    LCDIF->CTRL |= (1 << 0);
    
    // 等待LCD稳定
    delayms(20);

    // ========== 4、清屏：将整个屏幕填充为蓝色 ==========
    // 将显存地址转换为二维数组指针（方便像素操作）
    unsigned int (*p)[800] = (unsigned int (*)[800])lcd_dev.frame_buffer;
    int i, j;
    for(i = 0; i < lcd_dev.height; ++i)    
    {
        for(j = 0; j < lcd_dev.width; ++j)   
        {
            p[i][j] = 0x000000FF;  
        }
    }
}

3.pwm

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种通过调节方波信号的高电平时间占整个周期的比例（即占空比）来控制输出电压或功率的技术。它利用数字输出产生模拟效果，在固定频率下改变占空比，可以实现对电机转速、LED亮度、伺服电机角度等设备的精确控制。PWM的主要参数包括周期（频率的倒数）和占空比（高电平时间与周期的比值），占空比越高，等效输出的平均电压越高。这种调制方式具有能量效率高、抗干扰能力强、实现简单等优点，广泛应用于嵌入式系统的各类控制场景中。

不管是使用显示器还是手机，其屏幕背光都是可以调节的，通过调节背光就可以控制屏幕的亮度。在户外阳光强烈的时候可以通过调高背光来看清屏幕，在光线比较暗的地方可以调低背光，防止伤眼睛并且省电。我们使用的开发吧LCD有一个背光控制引脚，给这个背光控制引脚输入高电平就会点亮背光，输入低电平就会关闭背光。假如我们不断的打开和关闭背光，当速度足够快的时候就不会感觉到背光关闭这个过程了。

PWM信号有两个关键的术语：频率和占空比，频率就是开关速度，把一次开关算作一个周期，那么频率就是1秒内进行了多少次开关。占空比就是一个周期内高电平时间和低电平时间的比例，一个周期内高电平时间越长占空比就越大，反之占空比就越小。占空比用百分之表示，如果一个周期内全是低电平那么占空比就是0%，如果一个周期内全是高电平那么占空比就是100%。

我们给LCD的背光引脚输入一个PWM信号，这样就可以通过调整占空比的方式来调整LCD背光亮度了。提高占空比就会提高背光亮度，降低占空比就会降低背光亮度。重点就在于PWM信号的产生和占空比的控制，很幸运的是，IMX6U提供了PWM外设，因此我们可以配置PWM外设来可以方便地产生PWM信号。

功能框图:

pwm.c

cs 复制代码

#include "pwm.h"
#include "MCIMX6Y2.h"
#include "fsl_iomuxc.h"
#include "interrupt.h"
#include "core_ca7.h"

float global_ratio = 1.0;

void set_ratio(void)
{
    int i;
    for(i = 0; i < 4; ++i)  // 循环4次，确保写入生效
    {
        PWM1->PWMSAR = PWM1->PWMPR * global_ratio;  // 设置采样寄存器值 = 周期值 * 占空比系数
    }
}

void pwm1_interrupt_handler(void)
{
    if((PWM1->PWMSR & (1 << 3)) != 0)  // 判断FIFO空中断标志是否置位（FIFO空触发中断）
    {
        set_ratio();  // 重新填充PWM采样寄存器
        PWM1->PWMSR |= (1 << 3);  // 写1清除FIFO空中断标志
    }
}

void init_pwm1(void)
{
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0);  // 配置GPIO1_IO08复用为PWM1输出引脚
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0xB9);  // 配置引脚电气属性（驱动能力、压摆率等）

    PWM1->PWMCR = 0;  // 清零PWM控制寄存器
    PWM1->PWMCR |= (1 << 26) |  // 使能FIFO空中断
                   (1 << 16) |  // 使能PWM输出
                   (65 << 4) |  // 设置时钟分频系数（分频后时钟 = IPG时钟 / (65+1)）
                   (3 << 1);    // 设置FIFO触发水位为3（FIFO空时触发中断）
    PWM1->PWMIR |= (1 << 0);  // 使能PWM1的中断输出
    PWM1->PWMPR = 998;  // 设置PWM周期寄存器值（决定PWM频率）
    set_ratio();  // 设置初始占空比

    system_interrupt_register(PWM1_IRQn, pwm1_interrupt_handler);  // 注册PWM1中断处理函数
    GIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);  // 使能GIC中断控制器中的PWM1中断

    PWM1->PWMCR |= (1 << 0);  // 使能PWM1模块（启动PWM输出）
}

实现了lcd屏幕亮度逐渐降低。