【喂到嘴边了的模块】LVGL9发布稳定性更新

【说在前面的话】

LVGL在2月份发布LVGL9后，于3月19日发布了第一个维护更新，即v9.1.0版，而LVGL8也迎来了更为稳定的强化版本v8.4.0。从吃螃蟹的角度来说，此时入手LVGL9风险较小，是一个不错的选择。

相对LVGL8，LVGL9在设计理念上做了不小的调整：

• 从“追求小巧为主性能为辅”改为“追求图形性能为主、降低资源消耗为辅”——以此与“资源日趋丰富”的MCU发展趋势相适应。
• 在2D GPU的支持方面：
  • 从过去死等硬件加速器完成操作，到现在的让CPU与GPU可以完全并行操作；
  • 从过去只能连接一个2D加速方式，到现在理论上“同时”支持多个硬件加速方法存在，包括但不限于
    • DMA2D
    • 2DGPU
    • 以 Helium和NEON为代表的 SIMD加速
    • 专门用于图形处理的处理器内核
  • LVGL8只能在Arm-2D（Helium加速）和2D GPU加速之间二选一，而LVGL9允许Arm-2D（Helium加速）和2D-GPU同时存在，并使用Arm-2D（Helium）为2D-GPU兜底——也就是将2D GPU做不了的事情丢回（fall-back）Helium加速后的软件去做。
  • 过去为LVGL8提供加速可谓“开膛破肚”“极其暴力”——要想实现最佳的效果，不对LVGL的内核（sw draw）进行魔改是几乎不可能的事情。而LVGL9则提供了全新的 LVGL Intrinsics 机制——通过这些宏，可以简单、定向的为指定的2D操作提供加速。
  • LVGL8允许用户通过设定颜色深度（LV_COLOR_DEPTH）的方式指定其内核所使用的颜色格式（16bit对应RGB565）；而在LVGL9中LV_COLOR_DEPTH指定的只是用户屏幕所使用的颜色，内核为了追求性能统一使用ARGB8888作为颜色格式——换句话说，无论你的资源文件是怎样不同的格式，在运行时刻（Runtime），LVGL9的内核流水线都会将其首先转换为ARGB8888后再进行统一处理；同理处理好的显示缓冲只会在送往LCD进行刷新前，转换成用户所制定的颜色格式。

其它修改还包括“缩写风格”、“API名称”、“包括颜色格式在内的常见的枚举名称”、Benchmark的官方跑分算法、Widgets Demo的内容等等，这里就不一一列举。详情请参考官方文档，这里就不再赘述。

https://github.com/lvgl/lvgl/blob/master/docs/README_zh.rst

关于LVGLv8.4.x，它是 LVGL8 的维护性更新——只做了一些修修补补的工作——API保持不变，用LVGL做产品的小伙伴可以放心食用。关于LVGL8的部署和使用注意事项，大家可以参考往期文章《》。

本文将着重介绍MDK环境下使用LVGL9 cmsis-pack的部署方法，正片开始：

【如何获取 LVGL cmsis-pack】

1、用户可以通过LVGL在Github的仓库直接下载：

https://github.com/lvgl/lvgl/raw/v9.1.0/env_support/cmsis-pack/LVGL.lvgl.9.1.0.pack

2、关注公众号【裸机思维】后，发送消息“LVGL”获取网盘链接。

3、用户也直接通过MDK的Pack-Installer进行直接安装，就像lwIP那样：

无论采用哪种方法，一旦完成安装，以后就可以通过Pack-Installer来获取最新版本啦。

【如何在MDK中部署LVGL】

步骤一：配置RTE

在MDK中通过菜单 Project->Manage->Run-Time Enviroment 打开RTE配置窗口：

在RTE配置界面中找到LVGL（确保下拉列表中选中的是LVGL9），将其展开：

与其它平台下部署LVGL不同，cmsis-pack允许大家像点菜那样只将所需的模块（或者功能）加入到工程中。值得注意的是：

• 这里必点的是“Essential”，它是LVGL的核心服务。
• 如果你的系统中使用了RTOS，则推荐在OS Abstraction Layer的下拉列表中选择勾选对应的OS支持：

如果列表中没有你所使用的OS，则可以勾选 User Custom。此时，一个空白的移植模板将会加入你的工程。

• LVGL9还针对常见的硬件平台提供了现成的驱动支持，通过Display 下拉列表，我们可以轻松的获取对应的支持——免去移植的烦恼：

• 如果Display列表中没有我们所需的驱动，或者我们希望自己动手完成移植，则可以通过“Porting”来添加移植所需的模板：

单击“OK”关闭RTE配置窗口，我们会看到LVGL已经被加入到工程列表中了：

此时，我们就已经可以成功编译了。

步骤二：配置LVGL

将LVGL展开，找到配置头文件 lv_conf_cmsis.h：

该文件其实就是LVGL官方移植文档中所提到的lv_conf.h，它是基于lv_conf_template.h 修改而来。值得说明的是，一些模块的开关宏都被删除了，例如：

LV_USE_DRAW_PXP
LV_USE_DRAW_DAVE2D
……

这是因为，当我们在RTE配置窗口中勾选对应选项时，cmsis-pack就会自动把对应的宏定义加入到 RTE_Components.h 里——换句话说，再也不用我们手动添加啦！

其它对LVGL的配置，请参考官方文档，这里就不再赘述。

步骤三：使用模板进行移植

当我们在RTE中选择了porting下的模块后，对应的移植模板会被加入到工程列表中。

它们是可以编辑的，保存在当前工程的RTE/LVGL目录中。

这些模板极大的简化了我们的驱动移植过程，下面，我们将以lv_port_disp_template为例，为大家介绍这些模板的使用方法：

1、打开 lv_port_disp_template.h，将开头处 #if 0 修改为 #if 1，使整个头文件生效：

2、打开 lv_port_disp_template.c，将开头处 #if 0 修改为 #if 1，使整个远文件生效。

4、根据官方 porting 文档的指导，根据你的硬件实际情况，在三种缓冲模式中做出选择：

需要特别强调的是：如果你的系统没有 DMA或者替用户完成Frame Buffer刷新的专门LCD控制器，那么双缓冲其实是没有意义的（因为无论如何都是CPU在干活，因此不会比单缓冲模式有任何性能上的本质不同）。

5、找到 disp_init() 函数，并在其中添加LCD的初始化代码。 该函数会被 lv_port_disp_init() 调用。

6、找到 disp_flush()函数，并根据你的硬件实际情况，将其改写。比如这是使用 GLCD_DrawBitmap进行实现的参考代码：

/*Flush the content of the internal buffer the specific area on the display.
 *`px_map` contains the rendered image as raw pixel map and it should be copied to `area` on the display.
 *You can use DMA or any hardware acceleration to do this operation in the background but
 *'lv_display_flush_ready()' has to be called when it's finished.*/
static void disp_flush(lv_display_t * disp_drv, const lv_area_t * area, uint8_t * px_map)
{

    if (disp_flush_enabled) {

        do {
            lv_color_format_t color_format = lv_display_get_color_format(disp_drv);
            int32_t width = area->x2 - area->x1 + 1;
            int32_t height = area->y2 - area->y1 + 1;
            int32_t stride = lv_draw_buf_width_to_stride( width, color_format);
            width *= lv_color_format_get_bpp(color_format) >> 3;
            
            if (width == stride) {
                break;
            }
            
            uint8_t *src_ptr = px_map;
            uint8_t *des_ptr = px_map;
             
            for (int y = 0; y < height; y++) {
                lv_memcpy(des_ptr, src_ptr, width);
                
                src_ptr += stride;
                des_ptr += width;
            }
        } while(0);

        GLCD_DrawBitmap(area->x1,               //!< x
                        area->y1,               //!< y
                        area->x2 - area->x1 + 1,    //!< width
                        area->y2 - area->y1 + 1,    //!< height
                        (const uint8_t *)px_map);

    }


    /*IMPORTANT!!!
     *Inform the graphics library that you are ready with the flushing*/
    lv_display_flush_ready(disp_drv);
}

GLCD_DrawBitmap 用于将给定的显示缓冲区刷新到LCD，其函数原型如下：

/**
  \fn          int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, uint32_t y, uint32_t width, uint32_t height, const uint8_t *bitmap)
  \brief       Draw bitmap (bitmap from BMP file without header)
  \param[in]   x      Start x position in pixels (0 = left corner)
  \param[in]   y      Start y position in pixels (0 = upper corner)
  \param[in]   width  Bitmap width in pixels
  \param[in]   height Bitmap height in pixels
  \param[in]   bitmap Bitmap data
  \returns
   - \b  0: function succeeded
   - \b -1: function failed
*/
int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, 
                         uint32_t y, 
                         uint32_t width, 
                         uint32_t height, 
                         const uint8_t *bitmap)

这里，5个参数之间的关系如下图所示：

简单来说，这个函数就是把 bitmap 指针所指向的“连续存储区域” 中保存的像素信息拷贝到LCD的一个指定矩形区域内，这一矩形区域由位置信息（x,y）和体积信息（width，height）共同确定。

很多LCD都支持一个叫做“操作窗口”的概念，这里的窗口其实就是上图中的矩形区域——一旦你通过指令设置好了窗口，随后连续写入的像素就会被依次自动填充到指定的矩形区域内（而无需用户去考虑何时进行折行的问题）。

此外，如果你有幸使用带LCD控制器的芯片——LCD的显示缓冲区被直接映射到Cortex-M芯片的4GB地址空间中，则我们可以使用简单的存储器读写操作来实现上述函数，以STM32F746G-Discovery开发板为例：

//! STM32F746G-Discovery
#define GLCD_WIDTH     480
#define GLCD_HEIGHT    272

#define LCD_DB_ADDR   0xC0000000
#define LCD_DB_PTR    ((volatile uint16_t *)LCD_DB_ADDR)

int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, 
                         uint32_t y, 
                         uint32_t width, 
                         uint32_t height, 
                         const uint8_t *bitmap) 
{
    volatile uint16_t *phwDes = LCD_DB_PTR + y * GLCD_WIDTH + x;
    const uint16_t *phwSrc = (const uint16_t *)bitmap;
    for (int_fast16_t i = 0; i < height; i++) {
        memcpy ((uint16_t *)phwDes, phwSrc, width * 2);
        phwSrc += width;
        phwDes += GLCD_WIDTH;
    }

    return 0;
}

7、在 main.c 中加入对 lv_port_disp_template.h 的引用：

#include "lv_port_disp_template.h"

8、在main()函数中对LVGL进行初始化：

int main(void)
{
    ...
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    ...
    while(1) {
        
    }   
}

至此，我们就完成了LVGL在MDK工程的部署。是不是特别简单？

【时间相关的移植】

根据官方移植文档的要求，我们实际上还需要让 lvgl 知道从复位开始经历了多少毫秒。

依据平台的不同，小伙伴们当然有自己的解决方案。这里，我推荐一个MDK环境下基于perf_counter的方案，它更通用，也更简单。关于它的使用文章，小伙伴可以参考《【喂到嘴边了的模块】超级嵌入式系统“性能/时间”工具箱》，这里就不再赘述。

步骤一：获取 perf_counter 的cmsis-pack

关注公众号【裸机思维】后，向后台发送关键字“perf_counter” 获取对应的cmsis-pack网盘链接。下载后安装。

步骤二：在工程中部署 perf_counter

打开RTE配置窗口，找到 Utilities 后展开，选中 perf_counter的 Core：

需要说明的是，无论你用不用操作系统，这里关于各类操作系统的 Patch 你即便不选择也能正常工作，不必担心。单击OK后即完成了部署。

在main()函数中初始化 perf_counter（别忘记添加对头文件 perf_counter.h 的包含）：

#include "perf_counter.h"

int main(void)
{
    /* 配置 MCU 的系统时钟频率 */
    
    /* 重要：更新 SystemCoreClock 变量 */
    SystemCoreClockUpdate(); 
    
    /* 初始化 perf_counter */
    init_cycle_counter(true);
    ...
    while(1) {
    }
    ...
}

需要特别说明的是：

• 调用 init_cycle_counter() 之前，最好通过 SystemCoreClockUpdate() 来将当前的系统频率更新到关键全局变量 SystemCoreClock 上。你当然也可以自己用赋值语句来做，比如：

extern uint32_t SystemCoreClock;

SystemCoreClock = 72000000ul;  /* 72MHz */

• 如果你已经有应用或者RTOS占用了SysTick（一般都是这样），则应该将 true 传递给 init_cycle_counter() 作为参数——告诉 perf_counter SysTick已经被占用了；反之则应该传递 false，此时 perf_counter 会用最大值 0x00FFFFFF来初始化SysTick。

步骤三：更新超级循环

最新版本的LVGL为用户提供了一个全新的方式来周期性的刷新 LVGL任务函数：lv_timer_periodic_handler()。无论是裸机还是RTOS环境，你都可以简单的将其插入超级循环中——LVGL就会以LV_DEF_REFR_PERIOD指定的毫秒数为间隔刷新LVGL的任务函数，例如：

int main(void)
{
    ...
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    lv_port_indev_init();
    ...
    while(1) {
        lv_timer_periodic_handler();
    }
    
}

【跑分从未如此简单】

完成移植后，也许你会急于想知道当前环境下自己的平台能跑出怎样的帧率吧？别着急，LVGL的cmsis-pack已经为您最好了准备。打开RTE配置窗口，勾选benchmark：

由于缺少依赖的组件，Benchmark会出现橙色警告。此时，只要单击左下角的“Resolve”按钮，系统就会自动添加Benchmark所依赖的组件：

问题顺利解决！

在 main.c 中加入对 lv_demo_benchmark.h 的“间接”引用：

#include "demos/lv_demos.h"

在 LVGL 初始化代码后，加入benchmark 无脑入口函数：

int main(void)
{
    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    
#if LV_USE_DEMO_BENCHMARK
    lv_demo_benchmark();
#endif
    
    while(1) {
        lv_timer_periodic_handler(5);
    }
    
}

编译，运行，走起：

奇怪？为什么统计结果是 N/A呢？这是因为LVGL9默认情况下并未开启对性能的统计，而屏幕上方“ LV_USE_PERF_MONITOR is not enabled ”的提示也印证了这一点。

打开lv_conf_cmsis.h，找到位于 Others 配置段的 LV_USE_SYSMON和LV_USE_PERF_MONITOR，将他们设置为1即可。

再次编译运行，就一切正常了：

（注意，上图为LVGL9在FVP中仿真的效果，不代表实际性能）

【跑Widgets Demo从未如此简单】

完成移植后，如果你急于想知道当前环境下自己的平台能跑出怎样的效果，不妨试试官方提供的Widgets Demo。打开RTE配置窗口，勾选 Demos:Widgets：

在 main.c 中加入对 lv_demo_widgets.h 的“间接”引用：

#include "demos/lv_demos.h"

在 LVGL 初始化代码后，加入 Demo Widgets 的无脑入口函数：

int main(void)
{

    lv_init();
    lv_port_disp_init();
    
#if LV_USE_DEMO_BENCHMARK
    lv_demo_benchmark();
#endif
    
#if LV_USE_DEMO_WIDGETS
    lv_demo_widgets();
#endif

    while(1) {
        lv_timer_periodic_handler(5);
    }
    
}

需要特别注意的是：要跑这个Demo，Stack（栈）不能小于 4K，切记，切记！

编译，运行，走起：

【说在后面的话】

最后，对在MDK中用cmsis-pack来部署LVGL的过程感到好奇，但又想有个参考的小伙伴，可以关注下面这个开源项目（也是我负责维护的）：

https://github.com/lvgl/lv_port_an547_cm55_sim

按照readme的教程，你甚至不需要硬件就可以在MDK中免费模拟一个Arm开发板来跑LVGL。加之最近MDK为非商业应用场景提供了几乎没有什么限制的社区版，大家已经可以挺直腰板白嫖MDK啦。

此外，如果你是Raspberry Pi Pico的爱好者，还可以参考这个官方仓库（“又”是我维护的哦）：

https://github.com/lvgl/lv_port_raspberry_pi_pico_mdk