《ESP32-P4开发指南— V1.0》第二十一章 RGBLCD实验

正点原子运营 · 发表于前天 09:56

第二十一章 RGBLCD实验

1）实验平台：正点原子DNESP32P4开发板

2）章节摘自【正点原子】ESP32-P4开发指南— V1.0

3）购买链接：https://detail.tmall.com/item.htm?id=873309579825

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32P4.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子DNESP32S3开发板技术交流群：132780729

本章将继续学习ESP_IDF的LCD外设驱动，主要学习RGB接口屏幕的驱动方法。本章用到的是ESP32-P4的 Camera-LCD控制器驱动RGBLCD屏幕，实现和RGBLCD屏之间的通信，实现ASCII字符、图形和彩色的显示。
本章分为如下几个小节：
21.1 RGBLCD和ESP32-P4的LCD模块介绍
21.2 硬件设计
21.3 程序设计
21.4 下载验证

21.1 RGBLCD和ESP32-P4的LCD模块介绍

21.1.1 RGBLCD简介
在第20章，我们已经介绍过TFTLCD液晶屏了，实际上RGBLCD也是TFTLCD，只是接口不同而已。接下来我们简单介绍一下RGBLCD的驱动。
（1）RGBLCD的信号线
RGBLCD的信号线如表21.1.1.1所示：

表21.1.1.1 RGBLCD信号线

一般RGB屏都有如表21.1.1.1所示的信号线，有24根颜色数据线（RGB各8根，即RGB888格式），这样可以表示最多1600W色，DE、VS、HS和CLK，用于控制数据传输。
像素同步时钟信号线LCD_CLK：液晶屏与外部使用同步通讯方式，以CLK信号作为同步时钟，在同步时钟的驱动下，每个时钟传输一个像素点数据。
水平同步信号线LCD_HSYNC：有时也被称为行同步信号，用于表示液晶屏一行像素数据的传输结束，每传输完成液晶屏的一行像素数据时，LCD_HSYNC发生电平跳变，如分辨率为800x480的显示屏（800列，480行），传输一帧的图像LCD_HSYNC的电平会跳变480次。
垂直同步信号线LCD_VSYNC：有时也被称为场同步信号，用于表示液晶屏一帧像素数据的传输结束，每传输完成一帧像素时，LCD_VSYNC会发生电平跳变。其中“帧”是图像的单位，一幅图像称为一帧，在液晶屏中，一帧指一个完整屏液晶像素点。
数据使能信号线DE：用于表示数据的有效性，当DE信号线为高电平时，RGB信号线表示的数据有效。
RGB数据线：用来传输颜色数据。
（2）RGBLCD的驱动模式
RGB屏一般有2种驱动模式：DE模式和HV模式。DE模式使用DE信号来确定有效数据（DE为高/低时，数据有效），而HV模式，则需要行同步信号HSYNC和场同步信号VSYNC，来表示扫描的行和列。
DE模式和HV模式的行扫描时序图（以800*480的LCD面板为例），如图21.1.1.1所示：

图21.1.1.1 DE/HV模式行扫描时序图

从图中可以看出，DE和HV模式，时序基本一样，DE模式需要提供DE信号（DEN），而HV模式，则无需DE信号。图中的HSD即HSYNC信号，用于行同步，注意：在DE模式下面，是可以不用HSYNC信号和VSYNC信号，即可以不接，液晶照样可以正常工作。在引脚不是太充足的情况下，可以选择使用DE模式。
图中的thpw为水平同步有效信号脉宽，用于表示一行数据的开始；thb为水平后廊，表示从水平有效信号开始，到有效数据输出之间的像素时钟个数；thfp为水平前廊，表示一行数据结束后，到下一个水平同步信号开始之前的像素时钟个数。
图21.1.1.1仅是一行数据的扫描，输出800个像素点数据，而液晶面板总共有480行，这就还需要一个垂直扫描时序图，如图21.1.1.2所示：

图21.1.1.2 垂直扫描时序图

图中的VSD就是垂直同步信号LCD_VSYNC，HSD就是水平同步信号LCD_HSYNC，DE为数据使能信号。如图可知，一个垂直扫描，刚好就是480个有效的DE脉冲信号，每一个DE时钟周期，扫描一行，总共扫描480行，完成一帧数据的显示。这就是800*480的LCD面板扫描时序，其他分辨率的LCD面板，时序类似。
图中的tvpw为垂直同步有效信号脉宽，用于表示一帧数据的开始；tvb为垂直后廊，表示垂直同步信号以后的无效行数，tvfp为垂直前廊，表示一帧数据输出结束后，到下一个垂直同步信号开始之前的无效行数；这几个时间在配置RGBLCD设备时序时，需要进行设置。
（3）正点原子 RGBLCD模块
正点原子目前提供五款 RGBLCD 模块：ATK-MD0430R-480272（4.3寸，480*272）、ATK-MD0430R-800480（4.3寸，800*480） ATK-MD0700R-800480（7寸，800*480）、 ATK-MD0700R-1024600（7 寸，1024*600）和ATK-MD1010R（10.1 寸，1280*800），这里我们以 ATK-MD0430R-800480为例，给大家介绍。该模块的接口原理图如图21.1.1.3 所示：

图21.1.1.3 RGBLCD模块对外接口原理图

图中 J1就是对外接口，是一个 40PIN 的 FPC 座（ 0.5mm 间距），通过 FPC 线，可以连接到ESP32-P4开发板底板的RGB接口上面，从而实现和ESP32-P4的连接。该模块的接口十分完善，采用 RGB888 格式，并支持 DE&HV 模式，还支持触摸屏（电阻/电容）和背光控制。右侧的几个电阻，并不是都焊接的，而是可以用户自己选择。LCD_R7/G7/B7是用来设置RGBLCD的ID的，由于 RGBLCD 没有读写寄存器，也就没有所谓的 ID，所以在这里我们通过在模块上面，控制 R7/G7/B7 的上/下拉，来自定义 RGBLCD 模块的 ID，帮助主控芯片去判断当前 LCD 面板的分辨率和相关参数，以提高程序兼容性。这几个位的设置关系如表21.1.1.2 所示：

表21.1.1.2正点原子 RGBLCD模块ID对应关系

这样我们在程序里面，读取 LCD_R7/G7/B7，得到 M0:M2 的值，从而判断 RGBLCD 模块的型号，并执行不同的配置，即可实现不同 LCD模块的兼容。
更详细的RGBLCD相关内容，可以参考正点原子提供的《ATK-MD0430R模块用户手册_V1.0》和《ATK-MD0430R模块使用说明_V1.0》，在这两个手册中，会有LCD相关参数信息。
这里还要说明一下，市面上有一些RGBLCD屏幕，是带有三线SPI接口，需要通过SPI接口对其进行配置操作，才能让屏幕正常显示。而正点原子的RGBLCD屏幕是不需要通过SPI接口配置的，使用起来更加方便。

21.1.2 ESP32-P4的LCD模块简介
ESP32-P4的LCD_CAM控制器包括独立的LCD控制模块和Camera（摄像头）控制模块。其中LCD模块用于发送并行视频数据信号，其总线支持RGB、MOTO6800和I8080等接口时序。Camera模块用于接收并行视频数据信号，其总线支持DVP 8/16位并行输入模式。
本小节主要介绍LCD_CAM控制器的LCD模块-RGB接口部分内容。
首先我们通过分析LCD_CAM控制器的结构框图，了解一下其工作过程。结构框图如下图所示。

图21.1.2.1 LCD_CAM控制器结构框图

LCD控制模块（红色虚线以下）包含发送控制单元（LCD_Ctrl）、发送异步FIFO（Async TX FIFO）、LCD时钟生成模块（LCD_Clock Generator）和格式转换模块（RGB/YUV Converter）。
发送控制单元：用于控制LCD数据的发送。LCD数据从上图可知，可由GDMA取自内部或外部存储器。
发送异步FIFO：用于与外部设备进行交互。
LCD时钟生成模块：用于生成LCD_PCLK时钟。时钟源经过时钟生成模块处理后，生成LCD模块所需要的时钟LCD_PCLK，这一过程如下图所示。

图21.1.2.2 LCD模块时钟生成过程

LCD模块时钟由三个时钟源提供，分别是XTAL_CLK、PLL_F160M_CLK和APLL_CLK。可由HP_SYS_CLKRST_PERI_CLK_CTRL19_REG的HP_SYS_CLKRST_LCD_CLK_SRC_SEL位决定，0选择使用XTAL_CLK，1选择使用PLL_F160M_CLK，2选择使用APLL_CLK。
选择好时钟源后（即得到LCD_CLK_SRC），经过降频得到LCD_CLK，后面再经过分频最终得到LCD_PCLK，这三者的关系如下：

Note：
① 第一条公式中的N、b和a都是通过HP_SYS_CLKRST_PERI_CLK_CTRL110_REG寄存器进行配置的。N的取值范围为2≤N≤256，通过HP_SYS_CLKRST_LCD_CLK_DIV_NUM位进行配置。b是通过HP_SYS_CLKRST_LCD_CLK_DIV_NUMERATOR位进行配置，而a是通过HP_SYS_CLKRST_LCD_CLK_DIV_DENONMINATOR位进行配置。
② 第二条公式中的MO是通过LCD_CAM_LCD_CLOCK_REG寄存器进行配置的。MO的数值主要是由LCD_CAM_LCD_CLK_EQU_SYSCLK和LCD_CAM_LCD_CLKCNT_N去决定，当LCD_CAM_LCD_CLK_EQU_SYSCLK为1，MO为1；当LCD_CAM_LCD_CLK_EQU_SYSCLK为0时，MO为LCD_CAM_LCD_CLKCNT_N+1。
格式转换模块：用于各种格式的视频数据互相转换。在上图中，该部分是虚线框，也就是可不使用该模块。
Camera-LCD控制器的CAM和LCD接口都可通过GPIO交换矩阵灵活配置使用任意GPIO引脚。对于LCD模块的信号，即图21.1.2.1右下角部分，在这里也简单介绍一下，如下表所示。

表21.1.2.1 LCD模块信号描述

使用不同接口，使用的数据线会有差异。通过RGB接口去驱动正点原子的RGBLCD屏幕，没有用到LCD_CD和LCD_CS引脚，且数据总线引脚只用到16根（RGB565格式）。
LCD模块还支持数据格式控制，比如：
① 反转数据位顺序，LCD_DATA_out[x:0]变为LCD_DATA_out[0:x]，即MSB与LSB切换。
② 反转数据字节顺序，在16bit模式下有效，{Byte1,Byte0}变为{Byte0,Byte1}
③ 两个字节反转位置，在8bit模式下有效，{Byte1}{Byte0}变为{Byte0}{Byte1}
假如一款LCD模块RGB565像素数据是先发送低位后发送高位，若硬件不支持反转数据字节顺序，那么要显示正常颜色，就得通过代码切换高低字节发送；若硬件支持反转数据字节顺序的功能，便可以提高LCD的显示效率。在SPILCD例程中，就有用到这个功能配置。

21.2 硬件设计

21.2.1 例程功能
使用ESP32-P4开发板的RGB接口来驱动RGB屏，RGBLCD模块的接口底板上，通过40P的FPC排线连接RGBLCD模块，实现RGBLCD模块的驱动和显示，下载成功后，按下复位之后，就可以看到RGBLCD模块不停的显示一些信息并不断切换底色。同时，屏幕上会显示LCD的ID。注意：若想支持正点原子的7寸1024*600 RGBLCD和10.1寸 1280*800 RGBLCD，则需要修改ESP-IDF v5.4版本的lcd_hal.c文件，该文件位于esp-idf-v5.4\components\hal目录下，然后找到lcd_hal_cal_pclk_freq函数屏蔽一下代码段。

21.2.2 硬件资源
1）LED灯
      LED       0       - IO51
2）RGBLCD
      LCD_R3       - IO18                      LCD_R4       - IO17                      LCD_R5       - IO16
      LCD_R6       - IO15                      LCD_R7       - IO14
      LCD_G2       - IO13                      LCD_G3       - IO12                      LCD_G4       - IO11
      LCD_G5       - IO10                      LCD_G6       - IO9                      LCD_G7       - IO8
      LCD_B3       - IO7                      LCD_B4       - IO6                      LCD_B5       - IO5
      LCD_B6       - IO4                      LCD_B7 - IO3
      LCD_CLK - IO20                      LCD_DE       - IO22                      LCD_BL       - IO53
      CT_RST       - IO45                      CT_INT       - IO21
      IIC_SCL       - IO32                      IIC_SDA       - IO33

21.2.3 原理图
RGBLCD原理图，如下图所示。

图21.2.3.1 RGBLCD原理图

21.3 程序设计

21.3.1 LCD的IDF驱动
LCD外设驱动位于ESP-IDF下的components/esp_lcd目录下。要使用esp_lcd功能，需要导入一下头文件：

#include "esp_lcd_panel_interface.h" /* LCD面板结构体类型 */
#include "esp_lcd_panel_io.h" /* 驱动芯片接收/发送命令,发送颜色数据等函数 */
#include "esp_lcd_panel_vendor.h" /* 包含LCD外设驱动支持的几款驱动芯片 */
#include "esp_lcd_panel_ops.h" /* LCD设备接口函数（reset/init/del等） */
#include "esp_lcd_panel_commands.h" /* LCD驱动芯片的命令 */

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RGB LCD 驱动流程可大致分为三个部分：初始化接口设备、移植驱动组件和初始化 LCD 设备。
初始化接口设备
初始化接口设备需要先初始化总线，再创建接口设备。
对于仅有RGB接口的LCD，不支持传输命令及参数，所以不需要初始化接口设备。
对于具备SPI接口和RGB接口的LCD，这里就需要创建SPI接口设备，如第20章操作一样，这里不做展开。
初始化接口设备，主要就是为了上层接口能够调用到底层接口函数进行数据发送。
移植驱动组件
对于仅有RGB接口的LCD，RGB接口驱动已经通过注册回调函数的方式实现了结构体esp_lcd_panel_t中的各项功能，即后续通过结构体esp_lcd_panel_t的调用即可访问到RGB底层接口函数。在LCD驱动组件中还提供esp_lcd_new_rgb_panel函数，该函数用于创建数据类型为esp_lcd_panel_handle_t的LCD设备，esp_lcd_panel_handle_t和esp_lcd_panel_t实际上是一样的。通过esp_lcd_new_rgb_panel函数，便可以使得应用程序能够使用LCD通用API函数（初始化/画点/打开显示）去操作LCD设备。因此，这种LCD不需要移植驱动组件，直接可以跳到初始化LCD设备步骤。
对于具备SPI接口和RGB接口的LCD，初始化接口后，还需要通过SPI接口发送命令以及参数，如第20章操作一样，这里不做展开。
初始化LCD设备
1，为RGBLCD创建LCD面板esp_lcd_new_rgb_panel
该函数用于为RGBLCD创建LCD面板并对LCD设备配置，其函数原型如下：

esp_err_t esp_lcd_new_rgb_panel(const esp_lcd_rgb_panel_config_t *rgb_panel_config, esp_lcd_panel_handle_t *ret_panel)

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函数形参：

表21.3.1.1 esp_lcd_new_rgb_panel函数形参描述

函数返回值：
ESP_OK表示创建成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示参数有误。
ESP_ERR_NO_MEM表示内存不足。
ESP_ERR_NOT_FOUND表示找不到硬件资源。
esp_panel_config为指向LCD设备配置结构体指针，esp_lcd_rgb_panel_config_t结构体中包含非常多成员，如下代码所示。

typedef struct {
lcd_clock_source_t clk_src; /* LCD模块时钟源 */
esp_lcd_rgb_timing_t timings; /* RGBLCD时序参数*/
size_t data_width; /* 数据位宽（RGB565格式即16位） */
size_t bits_per_pixel; /* 帧缓冲区颜色深度(0时默认为data_width) */
size_t num_fbs; /* 整屏帧缓冲区数目(0/1表示1个,最多3个) */
size_t bounce_buffer_size_px; /* DRAM缓冲区供DMA使用(速度比PSRAM快) */
size_t sram_trans_align; /* SRAM申请的缓冲区对齐 */
size_t psram_trans_align; /* PSRAM申请的缓冲区对齐 */
int hsync_gpio_num; /* LCD_HSYNC信号引脚 */
int vsync_gpio_num; /* LCD_VSYNC信号引脚 */
int de_gpio_num; /* LCD_DE信号引脚 */
int pclk_gpio_num; /* LCD_PCLK信号引脚 */
int disp_gpio_num; /* LCD_BL信号引脚 */
int data_gpio_nums[SOC_LCD_RGB_DATA_WIDTH]; /* 数据线信号引脚(16个IO) */
struct {
uint32_t disp_active_low: 1; /* disp信号引脚的有效电平 */
uint32_t refresh_on_demand: 1; /* 1时调用draw_bitmap函数刷新帧缓存区 */
uint32_t fb_in_psram: 1; /* 帧缓冲区优先从PSRAM中分配 */
uint32_t double_fb: 1; /* 分配两个整屏缓存区,与num_fbs一致效果 */
uint32_t no_fb: 1; /* 不分配帧缓冲区,需手动在回调函数中处理 */
uint32_t bb_invalidate_cache: 1; /* 对读取数据执行缓存无效操作,释放缓存 */
} flags; /* RGBLCD配置标志 */
} esp_lcd_rgb_panel_config_t;

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esp_lcd_rgb_panel_config_t结构体中涉及到一个比较重要的结构体esp_lcd_rgb_timing_t，该结构体主要就是对RGBLCD的时序参数做配置，如下代码所示。

typedef struct {
uint32_t pclk_hz; /* LCD_PCLK时钟频率 */
uint32_t h_res; /* 水平分辨率,即一行中的像素数 */
uint32_t v_res; /* 垂直分辨率,即帧中的行数 */
uint32_t hsync_pulse_width; /* 水平同步宽度,单位为PCLK周期 */
uint32_t hsync_back_porch; /* 水平后廊 */
uint32_t hsync_front_porch; /* 水平前廊 */
uint32_t vsync_pulse_width; /* 垂直同步宽度,单位为行数 */
uint32_t vsync_back_porch; /* 垂直后廊 */
uint32_t vsync_front_porch; /* 垂直前廊 */
struct {
uint32_t hsync_idle_low: 1; /* 空闲状态下,LCD_HSYNC低电平 */
uint32_t vsync_idle_low: 1; /* 空闲状态下,LCD_VSYNC低电平 */
uint32_t de_idle_high: 1; /* 空闲状态下,LCD_DE高电平 */
uint32_t pclk_active_neg: 1; /* 显示数据是否在LCD_PCLK下降沿上发送 */
uint32_t pclk_idle_high: 1; /* 空闲状态下,LCD_PCLK高电平 */
} flags; /* RGBLCD时序参数 */
} esp_lcd_rgb_timing_t;

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创建好RGBLCD屏幕后，就可以调用LCD设备的函数，对RGBLCD进行初始化以及做一些配置工作，如下代码所示。

/* 复位屏幕 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_reset(panel_handle));
/* 初始化RGB */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_init(panel_handle));

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初始化LCD设备完成之后，就得编写一些LCD操作的函数，比如设置横竖屏、画点、画线、画图形、显示字符等。

21.3.2 程序流程图

图21.3.2.1 RGBLCD实验程序流程图

21.3.3 程序解析
在11_rgblcd例程中，作者在11_rgblcd\components\BSP路径下新建LCD文件夹，并且需要更改CMakeLists.txt内容，以便在其他文件上调用。
1. RGBLCD驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LCD驱动源码包括五个文件：lcd.c、lcd.h、rgblcd.c、rgblcd.h和lcdfont.h。
rgblcd.c文件存放的是RGBLCD的驱动函数，而rgblcd.h存放的是RGBLCD接口相关引脚宏以及管理RGBLCD屏幕的重要结构体类型。lcd.c文件主要lcd的一些绘图函数，而lcd.h则存放的是引脚接口宏定义以及函数声明。lcdfont.h存放的是4种字体大小不一样的ASCII字符集（12*12、16*16、24*24和32*32）。
这里主要给大家介绍一下RGBLCD的初始化函数rgblcd_init，如下代码所示：

/**
* @brief 初始化RGBLCD
* [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] 无
* @retval RGBLCD句柄
*/
esp_lcd_panel_handle_t rgblcd_init(void)
{
rgbdev.id = lcddev.id; /* 读取LCD面板ID */
/* 配置VDDPST_1管理的IO电压 */
esp_ldo_channel_handle_t ldo_rgblcd_phy = NULL;
esp_ldo_channel_config_t ldo_rgblcd_phy_config = {
.chan_id = 4, /* 选择内存LDO */
.voltage_mv = 3300, /* 输出标准电压提供VDD_RGBLCD_DPHY */
};
ESP_ERROR_CHECK(esp_ldo_acquire_channel(&ldo_rgblcd_phy_config,
&ldo_rgblcd_phy));
if (rgbdev.id == 0X4342) /* 4.3寸屏, 480*272 RGB屏 */
{
rgbdev.pwidth = 480; /* 面板宽度,单位:像素 */
rgbdev.pheight = 272; /* 面板高度,单位:像素 */
rgbdev.hsw = 4; /* 水平同步宽度 */
rgbdev.hbp = 43; /* 水平后廊 */
rgbdev.hfp = 8; /* 水平前廊 */
rgbdev.vsw = 4; /* 垂直同步宽度 */
rgbdev.vbp = 12; /* 垂直后廊 */
rgbdev.vfp = 8; /* 垂直前廊 */
rgbdev.pclk_hz = 9 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 9Mhz */
}
else if (rgbdev.id == 0X4384)
{
rgbdev.pwidth = 800; /* 面板宽度,单位:像素 */
rgbdev.pheight = 480; /* 面板高度,单位:像素 */
rgbdev.hsw = 48; /* 水平同步宽度 */
rgbdev.hbp = 88; /* 水平后廊 */
rgbdev.hfp = 40; /* 水平前廊 */
rgbdev.vsw = 3; /* 垂直同步宽度 */
rgbdev.vbp = 32; /* 垂直后廊 */
rgbdev.vfp = 13; /* 垂直前廊 */
rgbdev.pclk_hz = 30 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 30Mhz */
}
else if (rgbdev.id == 0x7084) /* ATK-MD0700R-800480 */
{
rgbdev.pwidth = 800; /* LCD面板的宽度 */
rgbdev.pheight = 480; /* LCD面板的高度 */
rgbdev.hsw = 1; /* 水平同步宽度 */
rgbdev.hbp = 46; /* 水平后廊 */
rgbdev.hfp = 210; /* 水平前廊 */
rgbdev.vsw = 1; /* 垂直同步宽度 */
rgbdev.vbp = 23; /* 垂直后廊 */
rgbdev.vfp = 22; /* 垂直前廊 */
rgbdev.pclk_hz = 33 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 33Mhz */
}
else if (rgbdev.id == 0x7016) /* ATK-MD0700R-1024600 */
{
rgbdev.pwidth = 1024; /* LCD面板的宽度 */
rgbdev.pheight = 600; /* LCD面板的高度 */
rgbdev.hsw = 20; /* 水平同步宽度 */
rgbdev.hbp = 140; /* 水平后廊 */
rgbdev.hfp = 160; /* 水平前廊 */
rgbdev.vsw = 3; /* 垂直同步宽度 */
rgbdev.vbp = 20; /* 垂直后廊 */
rgbdev.vfp = 12; /* 垂直前廊 */
rgbdev.pclk_hz = 48 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 48Mhz */
}
else if (rgbdev.id == 0x1018) /* ATK-MD1018R-1280800 */
{
rgbdev.pwidth = 1280; /* LCD面板的宽度 */
rgbdev.pheight = 800; /* LCD面板的高度 */
rgbdev.hsw = 10; /* 水平同步宽度 */
rgbdev.hbp = 140; /* 水平后廊 */
rgbdev.hfp = 10; /* 水平前廊 */
rgbdev.vsw = 3; /* 垂直同步宽度 */
rgbdev.vbp = 23; /* 垂直后廊 */
rgbdev.vfp = 10; /* 垂直前廊 */
rgbdev.pclk_hz = 48 * 1000 * 1000; /* 设置像素时钟 48Mhz */
}
/* 配置RGB参数 */
esp_lcd_rgb_panel_config_t panel_config = { /* RGBLCD配置结构体 */
.num_fbs = 2, /* 缓存区数量 */
.data_width = 16, /* 数据宽度为16位 */
.psram_trans_align = 64, /* 在PSRAM分配的缓冲区的对齐 */
.clk_src = LCD_CLK_SRC_DEFAULT, /* RGBLCD外设时钟源 */
.disp_gpio_num = GPIO_NUM_NC, /* 用于显示控制信号,不用设-1 */
.pclk_gpio_num = GPIO_LCD_PCLK, /* PCLK信号引脚 */
.hsync_gpio_num = GPIO_NUM_NC, /* HSYNC信号引脚,DE模式不用 */
.vsync_gpio_num = GPIO_NUM_NC, /* VSYNC信号引脚,DE模式不用 */
.de_gpio_num = GPIO_LCD_DE, /* DE信号引脚 */
.data_gpio_nums = { /* 数据线引脚 */
GPIO_LCD_B3, GPIO_LCD_B4, GPIO_LCD_B5, GPIO_LCD_B6, GPIO_LCD_B7,
GPIO_LCD_G2, GPIO_LCD_G3, GPIO_LCD_G4, GPIO_LCD_G5, GPIO_LCD_G6,
GPIO_LCD_G7,
GPIO_LCD_R3, GPIO_LCD_R4, GPIO_LCD_R5, GPIO_LCD_R6, GPIO_LCD_R7,
},
.timings = { /* RGBLCD时序参数 */
.pclk_hz = rgbdev.pclk_hz, /* 像素时钟频率 */
.h_res = rgbdev.pwidth, /* 水平分辨率,即一行中的像素数 */
.v_res = rgbdev.pheight, /* 垂直分辨率,即帧中的行数 */
.hsync_back_porch = rgbdev.hbp, /* 水平后廊 */
.hsync_front_porch = rgbdev.hfp, /* 水平前廊 */
.hsync_pulse_width = rgbdev.vsw, /* 垂直同步宽度,单位:行数 */
.vsync_back_porch = rgbdev.vbp, /* 垂直后廊 */
.vsync_front_porch = rgbdev.vfp, /* 垂直前廊 */
.vsync_pulse_width = rgbdev.hsw, /* 水平同步宽度 */
.flags = {
.pclk_active_neg = true, /* RGB数据在下降沿计时 */
},
},
.flags.fb_in_psram = true, /* 在PSRAM中分配帧缓冲区 */
};
esp_lcd_new_rgb_panel(&panel_config, &panel_handle);/* 创建RGB对象 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_reset(panel_handle)); /* 复位RGB屏 */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_panel_init(panel_handle)); /* 初始化RGB */
rgblcd_display_dir(1); /* 设置横屏 */
return panel_handle; /* RGBLCD句柄 */
}

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该函数就是对RGBLCD进行初始化，整个过程就围绕着21.3.1小节中描述的驱动流程实现。通过esp_lcd_new_rgb_panel函数创建RGBLCD屏对象，后续通过LCD通用API接口对LCD进行配置，比如esp_lcd_panel_reset复位LCD屏，esp_lcd_panel_init初始化LCD屏。最后通过rgblcd_display_dir函数设置横屏显示。函数中还涉及到配置VDDPST_1管理的IO电压，通过调用esp_ldo_acquire_channel函数设置LDO_VO4输出3.3V。
上面RGBLCD对应的时序参数，可到对应的裸屏规格书中查找到，一般来说都是以典型值作为配置值。
接下来，介绍一下设置RGBLCD横竖屏的函数rgblcd_display_dir，如下代码所示：

/**
* @brief RGBLCD显示方向设置
* @param dir:0,竖屏；1,横屏
* @retval 无
*/
void rgblcd_display_dir(uint8_t dir)
{
rgbdev.dir = dir; /* 显示方向 */
if (rgbdev.dir == 0) /* 竖屏 */
{
rgbdev.width = rgbdev.pheight;
rgbdev.height = rgbdev.pwidth;
esp_lcd_panel_swap_xy(panel_handle, true); /* 交换X和Y轴 */
esp_lcd_panel_mirror(panel_handle, false, true); /* Y轴进行镜像处理 */
}
else if (rgbdev.dir == 1) /* 横屏 */
{
rgbdev.width = rgbdev.pwidth;
rgbdev.height = rgbdev.pheight;
esp_lcd_panel_swap_xy(panel_handle, false); /* 不需要交换XY轴 */
esp_lcd_panel_mirror(panel_handle, false, false); /* XY轴不镜像处理 */
}
lcddev.width = rgbdev.width; /* 宽度 */
lcddev.height = rgbdev.height; /* 高度 */
}

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该函数主要就是通过调用esp_lcd_panel_swap_xy函数和esp_lcd_panel_mirror函数去实现，前者将X轴和Y轴交换，而后者就是对X轴或Y轴进行镜像。
下面介绍在rgblcd.h文件定义的重要结构体：

/* LCD RGBLCD重要参数集 */
typedef struct
{
uint32_t pwidth; /* RGBLCD面板的宽度,固定参数,不随显示方向改变 */
uint32_t pheight; /* RGBLCD面板的高度,固定参数,不随显示方向改变 */
uint16_t hsw; /* 水平同步宽度 */
uint16_t vsw; /* 垂直同步宽度 */
uint16_t hbp; /* 水平后廊 */
uint16_t vbp; /* 垂直后廊 */
uint16_t hfp; /* 水平前廊 */
uint16_t vfp; /* 垂直前廊 */
uint8_t activelayer; /* 当前层编号:0/1 */
uint8_t dir; /* 0,竖屏;1,横屏; */
uint16_t id; /* RGBLCD ID */
uint32_t pclk_hz; /* 设置像素时钟 */
uint16_t width; /* RGBLCD宽度 */
uint16_t height; /* RGBLCD高度 */
} _rgblcd_dev;

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_rgblcd_dev结构体用于保存一些RGBLCD重要参数信息，比如RGBLCD的ID、RGBLCD的长宽、RGBLCD的时序参数等。最后声明_rgblcd_dev结构体类型变量rgblcd_dev，rgblcd_dev在rgblcd.c中定义。
在lcd.h文件中也定义了一个重要参数结构体，如下代码所示。

/* LCD重要参数集 */
typedef struct
{
uint16_t id; /* 读取ID */
uint32_t width; /* 面板宽度,固定参数,不随显示方向改变 */
uint32_t height; /* 面板高度,固定参数,不随显示方向改变 */
uint8_t dir; /* 0,竖屏(MIPI只能竖屏);1,横屏; */
uint8_t color_byte; /* 颜色格式 */
esp_lcd_panel_handle_t lcd_panel_handle; /* LCD控制句柄 */
struct
{
int lcd_rst; /* 复位引脚 */
int lcd_bl; /* 背光引脚 */
} ctrl;
} _lcd_dev;

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_lcd_dev结构体用于保存一些LCD重要参数信息，比如LCD的ID（RGBLCD）、LCD的长宽、LCD控制句柄等。最后声明_lcd_dev结构体类型变量lcddev，lcddev在lcd.c中定义。
下面我们再解析lcd.c的程序，看一下初始化函数lcd_init，代码如下：

/**
* @brief 初始化LCD
* @param 无
* @retval 无
*/
void lcd_init(void)
{
lcddev.id = lcd_panelid_read(); /* 读取RGB LCD面板ID */
lcddev.ctrl.lcd_rst = LCD_RST_PIN; /* 复位管脚 */
lcddev.ctrl.lcd_bl = LCD_BL_PIN; /* 背光管脚 */
gpio_config_t gpio_init_struct = {0};
gpio_init_struct.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE; /* 失能引脚中断 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_OUTPUT; /* 输出模式 */
gpio_init_struct.pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE; /* 失能上拉 */
gpio_init_struct.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE; /* 失能下拉 */
gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << lcddev.ctrl.lcd_bl; /* 设置的引脚 */
ESP_ERROR_CHECK(gpio_config(&gpio_init_struct)); /* 配置GPIO */
LCD_BL(0); /* 背光关闭 */
lcddev.lcd_panel_handle = rgblcd_init(); /* 初始化RGB LCD */
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_rgb_panel_get_frame_buffer(lcddev.lcd_panel_handle,
2, &lcd_buffer[0], &lcd_buffer[1])); /* 获取帧缓冲区 */
/* 内部缓冲区刷新完成回调函数 */
const esp_lcd_rgb_panel_event_callbacks_t rgb_cbs = {
.on_bounce_frame_finish = lcd_rgb_panel_refresh_done_callback,
};
ESP_ERROR_CHECK(esp_lcd_rgb_panel_register_event_callbacks(
lcddev.lcd_panel_handle, &rgb_cbs, NULL));
lcd_clear(WHITE);
LCD_BL(1); /* 打开背光 */
}

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在lcd_init函数中，首先通过调用lcd_panelid_read函数读取RGBLCD的ID，把ID赋值给lcddev.id成员，然后对LCD背光控制引脚配置，后面再调用rgblcd_init函数初始化RGBLCD，紧接着通过esp_lcd_rgb_panel_get_frame_buffer函数接口把数据获取到。为了防止屏幕撕裂，这里还注册了刷新完成回调函数，在进行清屏函数中，需要等待一帧刷新完成，再进行下一帧刷新。最后调用lcd_clear函数清屏，拉高背光控制引脚，打开背光。
现在，来看一下读取RGBLCD的ID函数lcd_panelid_read，如下代码所示。

/**
* @brief 读取RGB LCD ID
* [url=home.php?mod=space&uid=60778]@note[/url] 利用LCD RGB线的最高位(R7,G7,B7)来识别面板ID
* IO14 = R7(M0); IO8 = G7(M1); IO3 = B7(M2);
* M2:M1:M0
* 0 :0 :0 4.3 寸480*272 RGB屏,ID = 0X4342
* 0 :0 :1 7 寸800*480 RGB屏,ID = 0X7084
* 0 :1 :0 7 寸1024*600 RGB屏,ID = 0X7016
* 0 :1 :1 7 寸1280*800 RGB屏,ID = 0X7018
* 1 :0 :0 4.3 寸800*480 RGB屏,ID = 0X4348
* 1 :0 :1 10.1寸1280*800 RGB屏,ID = 0X1018
*
* @param 无
* @retval 0, 非法;
* 其他, LCD ID
*/
uint16_t lcd_panelid_read(void)
{
uint8_t idx = 0;
gpio_config_t gpio_init_struct = {0};
gpio_init_struct.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE; /* 失能引脚中断 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 输入输出模式 */
gpio_init_struct.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE; /* 使能上拉 */
gpio_init_struct.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE; /* 失能下拉 */
gpio_init_struct.pin_bit_mask = 1ull << GPIO_LCD_R7 | 1ull << GPIO_LCD_G7
| 1ull << GPIO_LCD_B7;
gpio_config(&gpio_init_struct); /* 配置GPIO */
idx = (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_LCD_R7); /* 读取M0 */
idx |= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_LCD_G7) << 1; /* 读取M1 */
idx |= (uint8_t)gpio_get_level(GPIO_LCD_B7) << 2; /* 读取M2 */
/* 正点原子其他的RGB LCD自行匹配 */
switch (idx)
{
case 0:
{
return 0x4342; /* ATK-MD0430R-480272 */
}
case 1:
{
return 0x7084; /* ATK-MD0700R-800480 */
}
case 2:
{
return 0x7016; /* ATK-MD0700R-1024600 */
}
case 3:
{
return 0x7018; /* ATK-MD0700R-1280800 */
}
case 4:
{
return 0x4384; /* ATK-MD0430R-800480 */
}
case 5:
{
return 0x1018; /* ATK-MD1018R-1280800 */
}
default:
{
return 0;
}
}
}

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在前面也说到，RGBLCD屏并没有读功能，但是在正点原子的RGBLCD模块上，利用数据线（R7/G7/B7）做了一个巧妙的设计，可让主控芯片读到RGBLCD模块的ID，从而执行不同的初始化，实现不同分辨率的RGBLCD模块的兼容。
接下来，再看看这个回调函数里面的实现，如下代码所示。

/**
* @brief 内部缓存刷新完成回调函数
* @param panel_io: RGBLCD IO的句柄
* @param edata: 事件数据类型
* @param user_ctx: 传入参数
* @retval 无
*/
IRAM_ATTR static bool lcd_rgb_panel_refresh_done_callback(esp_lcd_panel_handle_t panel, const esp_lcd_rgb_panel_event_data_t *edata, void *user_ctx)
{
refresh_done_flag = 1;
return false;
}

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当发送一帧完成之后，就回进入到回调函数中，把refresh_done_flag标志置1。
现在看一下LCD的清屏函数lcd_clear，如下代码所示：

/**
* @brief 清屏
* @param color :清屏颜色
* @retval 无
*/
IRAM_ATTR void lcd_clear(uint16_t color)
{
/* 将 void* 转换为 uint16_t* */
uint16_t *buffer = (uint16_t *)lcd_buffer[buffer_sw];
/* 制定缓存区填充颜色值 */
for (uint32_t i = 0; i < lcddev.width * lcddev.height; i++)
{
buffer = color;
}
esp_lcd_panel_draw_bitmap(lcddev.lcd_panel_handle, 0, 0, lcddev.width,
lcddev.height, buffer);
refresh_done_flag = 0;
do
{
vTaskDelay(1); /* 等待内部缓存刷新完成 */
}
while (refresh_done_flag != 1);
/* 使用异或操作在 0 和 1 之间切换，目的是为了切换另一个缓冲区 */
buffer_sw ^= 1;
}

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在清屏函数里面，按照熟悉的流程，先申请内存，然后往内存存入颜色数据，再调用esp_lcd_panel_draw_bitmap进行区域画点。只不过这里没有申请内存，而是直接使用LCD初始化时候申请到的整屏缓存，即esp_lcd_rgb_panel_config_t结构体中的num_fbs成员。在mipi_lcd_init函数里面，设置该成员为2，所以看到lcd_buffer有两个元素。当发送完esp_lcd_panel_draw_bitmap函数，这时候dma就开始搬运数据，这个过程需要一点时间，所以利用refresh_done_flag变量进行等待完成。完成一帧数据的显示，最后切换另一个buffer，避免出现LCD撕裂现象。
最后介绍一下字符显示函数lcd_show_char，该函数代码如下：

/**
* @brief 在指定位置显示一个字符
* @param x,y :坐标
* @param chr :要显示的字符:" "--->"~"
* @param size :字体大小 12/16/24/32
* @param mode :叠加方式(1); 非叠加方式(0);
* @param color:字体颜色
* @retval 无
*/
void lcd_show_char(uint16_t x, uint16_t y, char chr, uint8_t size, uint8_t mode, uint16_t color)
{
uint8_t temp, t1, t;
uint16_t y0 = y;
uint8_t csize = 0;
uint8_t *pfont = 0;
csize = (size / 8 + ((size % 8) ? 1 : 0)) * (size / 2); /* 得到字体大小 */
chr = (char)chr - ' '; /* 得到偏移后的值*/
switch (size)
{
case 12:
pfont = (uint8_t *)asc2_1206[(uint8_t)chr]; /* 调用1206字体 */
break;
case 16:
pfont = (uint8_t *)asc2_1608[(uint8_t)chr]; /* 调用1608字体 */
break;
case 24:
pfont = (uint8_t *)asc2_2412[(uint8_t)chr]; /* 调用2412字体 */
break;
case 32:
pfont = (uint8_t *)asc2_3216[(uint8_t)chr]; /* 调用3216字体 */
break;
default:
return ;
}
for (t = 0; t < csize; t++)
{
temp = pfont[t]; /* 获取字符的点阵数据 */
for (t1 = 0; t1 < 8; t1++) /* 一个字节8个点 */
{
if (temp & 0x80) /* 有效点,需要显示 */
{
lcd_draw_point(x, y, color); /* 画点出来,要显示这个点 */
}
else if (mode == 0) /* 无效点,不显示 */
{
lcd_draw_point(x, y, g_back_color); /* 画背景色 */
}
temp <<= 1; /* 移位, 以便获取下一个位的状态 */
y++;
if (y >= lcddev.height) return; /* 超区域了 */
if ((y - y0) == size) /* 显示完一列了? */
{
y = y0; /* y坐标复位 */
x++; /* x坐标递增 */
if (x >= lcddev.width)
{
return; /* x坐标超区域了 */
}
break;
}
}
}
}

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在lcd_show_char函数里面，我们用到了四个字符集点阵数据数组asc2_1206、asc2_1608、asc2_2412和asc2_3216，通过参数font决定。此外该函数增加以叠加方式显示，或者以非叠加方式显示。叠加方式显示多用于在显示的图片上再显示字符。非叠加方式一般用于普通的显示。
注意：字符点阵数据的生成是依靠正点原子的XFONT软件，取模方式设置为：阴码+逐列式+顺向+C51格式，具体教程请参考正点原子任何一个《STM32开发指南》的OLED显示实验章节的程序解析处。
lcd.c的函数比较多，其他函数请大家自行查看源码，都有详细的注释。
2. CMakeLists.txt文件
本例程的功能实现主要依靠LCD驱动。要在main函数中，成功调用LCD文件中的内容，就得需要修改BSP文件夹下的CMakeLists.txt文件，修改如下：

set(src_dirs
LED
LCD)
set(include_dirs
LED
LCD)
set(requires
driver
esp_lcd
esp_common)
idf_component_register( SRC_DIRS ${src_dirs} INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

复制代码

3. main.c驱动代码
在main.c里面编写如下代码。

void app_main(void)
{
esp_err_t ret;
uint8_t x = 0;
ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
if(ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
}
led_init(); /* LED初始化 */
lcd_init(); /* LCD屏初始化 */
while (1)
{
switch (x)
{
case 0:
{
lcd_clear(WHITE);
break;
}
case 1:
{
lcd_clear(BLACK);
break;
}
case 2:
{
lcd_clear(BLUE);
break;
}
case 3:
{
lcd_clear(RED);
break;
}
case 4:
{
lcd_clear(MAGENTA);
break;
}
case 5:
{
lcd_clear(GREEN);
break;
}
case 6:
{
lcd_clear(CYAN);
break;
}
case 7:
{
lcd_clear(YELLOW);
break;
}
case 8:
{
lcd_clear(BRRED);
break;
}
case 9:
{
lcd_clear(GRAY);
break;
}
case 10:
{
lcd_clear(LGRAY);
break;
}
case 11:
{
lcd_clear(BROWN);
break;
}
}
lcd_show_string(10, 40, 240, 32, 32, "ESP32-P4", RED);
lcd_show_string(10, 80, 240, 24, 24, "RGBLCD TEST", RED);
lcd_show_string(10, 110, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
x++;
if (x == 12)
{
x = 0;
}
LED0_TOGGLE();
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}
}

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app_main函数功能主要是显示一些固定的字符，字体大小包括32、24和16三种，然后不停的切换背景颜色，每500毫秒切换一次。而LED0也会不停地闪烁，指示程序已经在运行了。

21.4 下载验证
下载代码后，LED0不停地闪烁，提示程序已经在运行了。同时可以看到RGBLCD屏幕模块显示背景色不停切换，如下图所示。

图21.4.1 RGBLCD显示效果图

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《ESP32-P4开发指南— V1.0》第二十一章 RGBLCD实验

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