【LTDC】DMA2D —— 嵌入式系统的 GPU

引言

ST 公司设计了一个专门用于图像处理的 DMA：DMA2D，可以之际通过 DMA2D 搬运或填充图像，而不经过 CPU，极大减轻了 CPU 的负担。为了学习 DMA2D，我也专门写了这篇文章，现在就让我们来看看吧！

DMA2D

工作模式

DMA2D 拥有四种工作模式，分别是：

  1. 寄存器到存储器
  2. 存储器到存储器
  3. 存储器到存储器并执行 PFC
  4. 存储器到存储器并执行 PFC 混合

由于我现在只用到了前两个，所以就先只学习前两个。

寄存器到存储器

寄存器到存储器模式，用于以预定义颜色填充用户自定义区域，也就是可以实现快速的单色填充显示，例如清屏操作。

存储器到存储器

此模式下，DMA2D 不执行任何图形数据转换。前景层输入 FIFO 充当缓冲区，数据从 DMA2D 中定义的源存储单元传输到 DMA2D 寻址的目标存储单元，可以用于快速图像填充。

层缓冲开窗

显示层开窗： 窗口显示区域的显存的首地址由 DMA2D_OMAR 寄存器指定，窗口的宽度和高度由 DMA2D_NRL 寄存器的 PL 和NL 指定，行偏移由 DMA2D_OOR 寄存器指定，通过这三个寄存器的配置，就可以确定窗口的显示位置和大小。
前景层开窗： 和上面的显示层开窗类似，不过 DMA2D_OMAR 寄存器变为了 DMA2D_FGMAR 寄存器；DMA2D_OOR 寄存器变为了 DMA2D_FGOR 寄存器；DMA2D_NRL 寄存器两个层共用。配置好就可以完成对前景层的开窗。

寄存器到存储器模式： DMA2D 可以将 DMA2D_OCOLR 指定的颜色，自动填充到开窗区域，完成单色填充。
存储器到存储器模式： 需要完成前景层和显示层的开窗，完成配置后，图像数据从前景层拷贝到显示层（仅限窗口范围内），从而显示到 LCD 上面。

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寄存器

由于 HAL 库的层层封装和各种安全检测，会使得 HAL 库的 DMA2D 的函数调用后速度会减慢，所谓唯快不破，所以 DMA2D 的寄存器操作是必不可少的。

DMA2D 控制寄存器 DMA2D_CR

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  1. MODE[1:0]： 表示 DMA2D 的工作模式，00：存储器到存储器模式；01：存储器到存储器模式并执行PFC；10：存储器到存储器并执行混合；01：寄存器到存储器模式。
  2. START： 控制 DMA2D 的启动，1：启动；0：停止。

DMA2D 输出 PFC 控制寄存器 DMA2D_OPFCCR

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CM[2:0]： 设置寄存器到存储器模式下的颜色格式，000：ARGB8888；001：RGB888；011：ARGB1555；100：ARGB1444。

前景层 PFC 控制寄存器 DMA2D_FGPFCRC

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只需关心最低 4位。
CM[3:0]： 用于设置存储器到存储器模式下的颜色格式，0000：ARGB8888；0001：RGB888；0010： RGB565；0011：ARGB1555；0100：ARGB4444；0101：L8；0110：AL44；0111：AL88；1000：L4；1001：A8；1010：A4。

DMA2D 输出偏移寄存器 DMA2D_OOR

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LO[13:0]： 设置输出行偏移，作用于显示层，以像素为单位表示。此值用于生成地址。行偏移将添加到各行末尾，用于确定下一行的起始地址。同样的，前景层的输出偏移寄存器为 DMA2D_FGOR，作用相同。

DMA2D 输出存储器地址寄存器 DMA2D_OMAR

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MA[31:0]： 设置输出存储器地址，也就是 FIFO 所存储的数据地址，需要根据开窗的起始坐标来设置。以 800 * 480的 LCD 屏为例，假定帧缓存数组为：g_ltdc_framebuf，设置窗口的起始地址为：sx(<800)，sy(<480)，颜色格式为 RGB565 ，每个像素 2个字节，那么 MA 的设置值应该为：
MA[3:0] = g_ltdc_framebuf + 2 * (800 * sy + sx)
同样的，还有前景层的输出存储器地址寄存器 DMA2D_ FGMAR，作用和计算方法相同，控制的是前景层的存储器地址。

DMA2D 行数寄存器 DMA2D_NLR

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控制每行的像素和行数，该寄存器对前景层和显示层都有效，配置该寄存器可设置开窗大小。
NL[15:0]： 设置待传输区域的行数，用于确定窗口的亮度。
PL[13:0]： 设置待传输区域的每行像素数，用于确定窗口的宽度。

DMA2D 输出颜色寄存器 DMA2D_OCOLR

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该寄存器用于配置寄存器到存储器模式下，填充时所用的颜色值，一个 32位寄存器，可支持 ARGb8888 格式，也支持 RGB555 格式。

DMA2D 中断状态寄存器 DMA2D_ISR

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该寄存器表示了 DMA2D 的各种标识，这里只关心 TCIF 位，表示 DMA2D 的传输完成中断标志，中断完成时置一。
使用DMA2D 的中断标志位清零寄存器： DMA2D_IFCR，用于清除 DMA2D_ISR 寄存器对应位的标志。通过向该寄存器的第 1位（CTCIF）写 1，可以用于清除 DMA2D_ISR 寄存器的 TCIF 位标志，其他同上。

DMA2D 程序操作

寄存器到存储器模式（填充单一颜色）

点击查看代码 
    __HAL_RCC_DMA2D_CLK_ENABLE(); /* 使能DM2D时钟 */

    DMA2D->CR &= ~(DMA2D_CR_START); /* 先停止DMA2D */
    DMA2D->CR = DMA2D_R2M;          /* 寄存器到存储器模式 */
    DMA2D->OPFCCR = LTDC_PIXFORMAT; /* 设置颜色格式 */
    DMA2D->OOR = offline;           /* 设置行偏移  */

    DMA2D->OMAR = addr;                                     /* 输出存储器地址 */
    DMA2D->NLR = (pey - psy + 1) | ((pex - psx + 1) << 16); /* 设定行数寄存器 */
    DMA2D->OCOLR = color;                                   /* 设定输出颜色寄存器 */
    DMA2D->CR |= DMA2D_CR_START;                            /* 启动DMA2D */

    while ((DMA2D->ISR & (DMA2D_FLAG_TC)) == 0) /* 等待传输完成 */
    {
        timeout++;
        if (timeout > 0X1FFFFF)
            break; /* 超时退出 */
    }
    DMA2D->IFCR |= DMA2D_FLAG_TC; /* 清除传输完成标志 */

存储器到存储器模式（填充较为复杂的图案）

点击查看代码 
    __HAL_RCC_DMA2D_CLK_ENABLE(); /* 使能DM2D时钟 */

    DMA2D->CR &= ~(DMA2D_CR_START);  /* 先停止DMA2D */
    DMA2D->CR = DMA2D_M2M;           /* 存储器到存储器模式 */
    DMA2D->FGPFCCR = LTDC_PIXFORMAT; /* 设置颜色格式 */
    DMA2D->FGOR = 0;                 /* 前景层行偏移为0 */
    DMA2D->OOR = offline;            /* 设置行偏移 */

    DMA2D->FGMAR = (uint32_t)color;                         /* 源地址 */
    DMA2D->OMAR = addr;                                     /* 输出存储器地址 */
    DMA2D->NLR = (pey - psy + 1) | ((pex - psx + 1) << 16); /* 设定行数寄存器 */
    DMA2D->CR |= DMA2D_CR_START;                            /* 启动DMA2D */

    while ((DMA2D->ISR & (DMA2D_FLAG_TC)) == 0) /* 等待传输完成 */
    {
        timeout++;
        if (timeout > 0X1FFFFF)
            break; /* 超时退出 */
    }
    DMA2D->IFCR |= DMA2D_FLAG_TC; /* 清除传输完成标志 */

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posted @ 2025-10-27 17:00  膝盖中箭卫兵  阅读(72)  评论(0)    收藏  举报
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