痞子衡嵌入式：降低刷新率是定位LCD花屏顯示問題的第一大法(i.MXRT1170, 1280x480 LVDS)

痞子衡最近這段時間在參與一個基於i.MXRT1170的大項目（先保個密），需要做一個開機動畫功能，板子連接的LCD屏解析度是1280x480，因為開機動畫要求達到30fps，並且要畫質清晰，如果是從SD卡裡讀mp4或者jpeg去解碼，這麼高解析度的圖像（暫不考慮低解析度的圖片再用PXP模塊去拉伸的方... ...

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是i.MXRT1170上LCD花屏顯示問題的分析解決經驗。

　　痞子衡最近這段時間在參與一個基於i.MXRT1170的大項目（先保個密），需要做一個開機動畫功能，板子連接的LCD屏解析度是1280x480，因為開機動畫要求達到30fps，並且要畫質清晰，如果是從SD卡裡讀mp4或者jpeg去解碼，這麼高解析度的圖像（暫不考慮低解析度的圖片再用PXP模塊去拉伸的方案）解碼耗時比較長，恐怕難以達成30fps，所以痞子衡打算直接把圖片的裸rgb數據事先存在Flash里，然後LCD模塊直接去刷Flash里的數據去顯示。

　　板子上的SPI NOR Flash有兩種，預設是八線DDR高性能Flash，還有一個可選的四線SDR普通Flash，痞子衡做好的代碼在預設高性能Flash上跑得沒問題，換到另一塊rework為普通四線Flash上就出問題了，顯示完全是花屏，沒有一點圖片的影子，到底是怎麼回事？跟著痞子衡一起去發現答案吧。

一、項目板卡簡圖

　　先來看一下這個項目板卡簡圖，簡圖裡只示意了痞子衡今天要分享的LCD問題相關的器件，顯示屏是TM103XDKP13控制器驅動的LVDS介面屏，跟i.MXRT連接的話需要有一個RGB2LVDS轉接。Flash都是選的旺巨集的，一個是MX25UW51345（200MHz,8bit,DDR），還有一個是MX25U25645（133MHz,4bit,SDR）。此外還有兩個16bit的W9825G6KH組成的32bit SDRAM做顯存，總容量是64MB。

二、在Flash中準備好圖片裸數據

　　首先我們需要在Flash中存入圖片數據，1280x480-24bpp (rgb888)圖片一張的裸數據大小是1800KB，32MB的Flash最大可以存18張圖片，為了給程式存儲留點空間，我們就存17張，從Flash偏移0x100000處開始存圖片。

2.1 截取一段mp4視頻

　　痞子衡本地有一個NXP十周年宣傳視頻(MP4格式)，原始解析度是1920x1080，可以先用ffmpeg或者格式工廠將其轉換成1280x480，然後可以直接用Windows自帶的圖片軟體里的Trim功能截取其中一段，30fps幀率的視頻截取1秒就夠了。

2.2 使用ScreenToGif軟體分離出圖片

　　這時候可以用非常好用的GIF製作軟體ScreenToGif打開這個1秒的MP4，可以看到一共有31張圖片，可以刪掉其中一些留下17張，然後將其保存為圖片（當前版本僅能保存為png格式），可以再用格式工廠軟體將圖片格式轉為jpg，存在D:/nxp_logo文件夾下。

2.3 Python腳本轉成rgb888裸數據

　　有了17張jpg圖片，這時候寫一個Python腳本（jpg2rgb.py），藉助Image庫將17張jpg圖片中的rgb數據全部抽取出來保存在一個bin文件中，下麵腳本使用命令為 python jpg2rgb.py D:/nxp_logo/ -o startup_video_white_rgb888_17f.bin 。

import sys, os
import argparse
import Image

parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'))
parser.add_argument("input", help="JPEG Image folder.")
args = parser.parse_args()

imgFiles = []

# 獲取指定文件夾中所有jpg圖片路徑
imgFolder = os.path.abspath(args.input)
inputFiles = os.listdir(imgFolder)
for idx in range(len(inputFiles)):
    imgFiles.append(os.path.join(imgFolder, inputFiles[idx]))

for idx in range(len(imgFiles)):
    # 使用Image庫打開jpg圖片
    imgObj = Image.open(imgFiles[idx])
    pixelBuf = imgObj.getdata()
    # 抽取rgb裸數據寫入bin文件
    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.close()

2.4 將圖片裸數據bin文件下載進Flash

　　現在可以藉助MCUBootUtility的通用編程器功能將startup_video_white_rgb888_17f.bin文件燒錄進Flash里0x100000處偏移的地方。至此，準備工作已經就緒。

三、引出LCD花屏顯示問題

　　現在讓我們開始設計開機動畫程式，可以基於 \SDK_2.x.x_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\jpeg_examples\sd_jpeg 常式，將其中的LCD配置，Pinmux配置稍微改一下，適配這個項目的板子，然後主函數可以精簡如下（sd卡讀，libjpeg解碼函數全部去掉）：

#define APP_FB_HEIGHT 480
#define APP_FB_WIDTH  1280
/* LCD frame buffer byte per pixel, RGB888 format, 24-bit. */
#define APP_FB_BPP 3

const uint32_t s_imagePics = 17;
const uint32_t s_imageStartAddr = 0x30100000;

int main(void)
{
    uint8_t *imageAddr = (uint8_t *)s_imageStartAddr;
    uint32_t imageBytes = APP_FB_HEIGHT * APP_FB_WIDTH * APP_FB_BPP;

    BOARD_ConfigMPU();
    BOARD_InitBootPins();
    BOARD_BootClockRUN();
    BOARD_ResetDisplayMix();
    APP_InitDisplay();

    while (1)
    {
        /* Wait for the previous set frame buffer active. */
        while (s_newFrameShown == false);

        /* Now new frame is ready, pass it to LCDIF. */
        s_newFrameShown = false;
        g_dc.ops->setFrameBuffer(&g_dc, 0, imageAddr);

        imageAddr += imageBytes;
        if ((uint32_t)imageAddr >= (s_imageStartAddr + imageBytes * s_imagePics))
        {
            break;
        }
    }
}

static void APP_BufferSwitchOffCallback(void *param, void *switchOffBuffer)
{
    s_newFrameShown = true;
}

　　這時候把代碼下載進高性能DDR Flash的那塊板子，我們的代碼可以鏈接到TCM里執行，這樣不占用運行時Flash訪問帶寬，不與LCD搶帶寬。斷電重啟可以看到在60Hz的LCD刷新率下，開機動畫效果顯示杠杠的。

　　現在把代碼下載進普通SDR Flash的板子試試，可以看到LCD顯示花屏了，完全沒有圖像的影子，這時候該怎麼定位問題？

四、嘗試降低LCD刷新率

　　在嘗試降低LCD刷新率之前，痞子衡額外做了一些debug工作來確認是不是Flash焊接的問題，首先是調試器掛上去查看PC指針停在哪裡，經調試發現，PC指針是在TCM里，根據工程map文件可以查到其地址對應的是程式的結尾，說明代碼正常跑完了，這至少證明晶元能夠正常從Flash啟動。

　　然後痞子衡又對程式作了一些改動，將Flash中的圖片數據拷貝到SDRAM中，讓LCD模塊去刷SDRAM，這時候圖像顯示是正常的，這幾乎就可以定位問題了，是普通SDR Flash帶寬不夠，Flash訪問速度撐不起60Hz刷新率。

#define DEMO_HSW        (1U)
#define DEMO_HBP        (48U)
#define DEMO_HFP        (16U)
#define DEMO_VSW        (1U)
#define DEMO_VBP        (3U)
#define DEMO_VFP        (5U)

static void BOARD_InitLcdifClock(void)
{
    /*
     * The pixel clock is (height + VSW + VFP + VBP) * (width + HSW + HFP + HBP) * frame rate.
     *
     * For 60Hz frame rate, the TM103XDKP13 pixel clock should be 40MHz.
     *
     */
    const clock_root_config_t lcdifv2ClockConfig = {
        .clockOff = false,
        .mfn      = 0,
        .mfd      = 0,
        .mux      = 4, /*!< PLL_528. */
        .div      = 12,
    };

    CLOCK_SetRootClock(kCLOCK_Root_Lcdifv2, &lcdifv2ClockConfig);
}

　　讓我們嘗試降低LCD刷新率來驗證是不是Flash帶寬的問題，在BOARD_InitLcdifClock()函數中修改lcdifv2ClockConfig.div的值，慢慢增大該值，經痞子衡測試，當div設為22時（即對應LCD刷新率為33.9Hz），終於能夠正常顯示開機動畫了。

五、關於帶寬的分析

　　現在給出痞子衡的觀點，對於一個新項目，如果首次測試LCD顯示，建議先從低刷新率開始，只有低刷新率調試通過，再逐漸增大刷新率，否則會因為帶寬問題浪費不少時間。
　　最後再讓我們通過理論公式來推算這款普通SDR Flash能支持最大的刷新率，計算公式其實很簡單：

LCD最大刷新率 = (Flash時鐘頻率 * Flash數據位) / 圖片大小 = 133MHz * 4bit / (1280 * 480 * 24bit) = 36.08Hz

　　理論計算值36.08Hz跟我們實測值33.9Hz很接近，那點差值應該是FLEXSPI和eLCDIF模塊的開銷。

　　至此，i.MXRT1170上LCD花屏顯示問題的分析解決經驗痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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