基于RA8875的經(jīng)濟(jì)型快捷人機(jī)界面設(shè)計(jì)※

王璐，陳文飛，邱勇杰

（肇慶市金鵬實(shí)業(yè)有限公司，肇慶526040）

引 言

隨著TFT彩色液晶技術(shù)不斷發(fā)展成熟以及人們對人機(jī)界面感官性需求的不斷提高，越來越多的產(chǎn)品選用帶觸摸的TFT彩屏作為人機(jī)界面。本文針對RA8875的性能，提出了一種折中的解決方法。

1 RA8875特性分析

RA8875［1]是瑞佑公司推出的256／64K色TFT－LCD控制器，最大支持800×480分辨率。RA8875的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖略——編者注。

在本設(shè)計(jì)中，主要涉及到RA8875的以下功能：

①480×272以下分辨率支持雙圖層，特別地，支持圖層1的通透模顯示，即設(shè)置好圖層1（Layer1）的透明色（BGTR Color）后，將其疊加在圖層2（Layer2）上，Layer1中原本顯示透明色的部分將不再顯示。其顯示效果如圖1所示。

②通過連續(xù)／區(qū)塊數(shù)據(jù)模式的DMA功能可將SPI－Flash中的數(shù)據(jù)快速搬移到RA8875顯存中顯示。

③可以直接訪問指定型號的外掛字庫，顯示16×16、24×24、32×32點(diǎn)陣文字，支持帶底色及通透兩種文本顯示模式。

④內(nèi)建了直線、矩形、圓角矩形、橢圓的加速繪制引擎。以橢圓的繪制為例，在指定了橢圓的中心點(diǎn)、長短軸、顏色后開啟繪制，RA8875會(huì)自動(dòng)按所指定參數(shù)繪出橢圓。圖2為RA8875用戶手冊［1]中給出的程序流程圖。其中［65h－A8h] 等均為RA8875中相應(yīng)的寄存器。

圖1 圖層疊加的顯示效果圖

圖2 繪制橢圓的程序流程

⑤RA8875帶有一組10位ADC及其控制模塊，可用于控制4線電阻式觸摸屏。使用RA8875觸摸控制器的手動(dòng)模式并配合中值平均濾波法濾波及三點(diǎn)校準(zhǔn)［2]后，能實(shí)現(xiàn)觸摸屏和TFT屏坐標(biāo)重合，其誤差值在10個(gè)像素點(diǎn)內(nèi)，符合設(shè)計(jì)需求。

⑥帶有2組脈沖寬度調(diào)制（PWM1、PWM2），可方便用于LCD背光調(diào)節(jié)。

⑦帶1個(gè)GPOX，可方便用于輸出高／低電平。

2 系統(tǒng)組成

如圖3所示，本系統(tǒng)由兩部分組成，分別為PC端的人機(jī)界面編輯軟件和應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面。

圖3 系統(tǒng)組成圖

2.1 PC端的人機(jī)界面編輯軟件

PC端的人機(jī)界面編輯軟件包含兩部分：界面編輯、界面編譯。其中界面編輯（生成＊.opt工程文件）用于設(shè)計(jì)者根據(jù)人機(jī)界面功能添加／編輯各個(gè)顯示頁面及其中所包含的顯示元素，例如圖片、文本、幾何圖形。特別地，允許設(shè)置正常圖像與按下圖像，這主要是為了在人機(jī)界面中使用圖片作為觸摸按鍵時(shí)能更美觀、及時(shí)地反映按鍵彈起／按下的狀態(tài)。界面編譯部分對工程文件（＊.otp）進(jìn)行整合打包，根據(jù)接口協(xié)議編譯生成資源文件（＊.otpbin）。

2.2 應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面

如圖3所示，應(yīng)用RA8875組成的人機(jī)界面主要由7部分組成：RA8875、MCU、SPI－Flash、字庫、TFT數(shù)字屏、背光驅(qū)動(dòng)、4線電阻觸摸屏。圖4為RA8875與各部件連接的電路圖。

①雖然RA8875可以支持8位或16位的8080／6800系列數(shù)據(jù)總線接口以及I2C總線或3／4線的SPI串行接口，但是其BTE引擎功能僅對并行MCU接口開放［1]，同時(shí)RA8875內(nèi)部均為8位寄存器，所以本設(shè)計(jì)采用了STM32F103VCT6［3]的8位FSMC功能來控制。

②RA8875雖能以DMA方式快速顯示預(yù)存在SPIFlash里的圖像數(shù)據(jù)，但卻存在不能寫Flash的缺陷，必須將圖像取模數(shù)據(jù)預(yù)先保存在SPI－Flash中，以留待RA8875訪問。在軟件調(diào)試階段，可考慮將MCU的串口引出，通過MCU的SPI口訪問SPI－Flash，將＊.otpbin文件下載至SPI－Flash中。在本設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)中采用了存儲(chǔ)容量為128Mb的SPI－Flash［4]保存資源文件（＊.otpbin）及其他一些需要掉電保存的包括觸屏校準(zhǔn)信息在內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。MCU、RA8875共用一組4線SPI總線訪問該SPI－Flash。為了避免因MCU未完全釋放SPI總線而導(dǎo)致RA8875不能正常讀取圖像數(shù)據(jù)的干擾問題，當(dāng)RA8875需要訪問SPI總線時(shí)，MCU需要執(zhí)行圖5所示的程序流程。

圖4 RA8875的電路框圖

圖5 MCU流程圖

③RA8875支持5種集通字庫芯片［1]，在本設(shè)計(jì)中采用了GT23L32S4W［5]。兩者搭配使用支持15×16、24×24、32×32點(diǎn)陣GB2312標(biāo)準(zhǔn)字符及8×16、12×24、16×32點(diǎn)陣ASCII字符。

④RA8875的TFT驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)TFT數(shù)字屏的信號，包括時(shí)鐘信號（PCLK）、有效信號（DE）、垂直同步信號（VSYNC）、水平同步信號（HSYNC）、數(shù)據(jù)信號（PDAT［15：0] ）。通過使用STM32內(nèi)部的定時(shí)器中斷做精確計(jì)時(shí)，得出各種像素的TFT數(shù)字屏的速度指標(biāo)，如表1所列。

表1 速度指標(biāo)測試結(jié)果

隨著顯示屏分辨率的增加，其所需的處理時(shí)間相應(yīng)遞增，在480×272像素時(shí)能達(dá)到24幀以上的刷新速度，由于人的視覺滯留效應(yīng)，在這種速度下更新顯示內(nèi)容沒有閃爍感，能被人肉眼所接受。速度指標(biāo)測試結(jié)果略——編者注。在本設(shè)計(jì)中，采用驅(qū)動(dòng)IC為OTA5180A的480（RGB）×272點(diǎn)陣TFT數(shù)字屏，圖6為該屏的接口定義及接線圖。

⑤如圖7所示，使用RT9293［6]作為背光WLED的驅(qū)動(dòng)芯片，通過RA8875的PWM1來調(diào)節(jié)反饋引腳（FB）的電壓，實(shí)現(xiàn)背光亮度調(diào)節(jié)。另外，RA8875帶有一個(gè)GPOX引腳，通過訪問RA8875的C7h寄存器可修改該引腳的輸出電平，在本設(shè)計(jì)中，將其連至RT9293的使能端（LED＿EN），當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒需打開顯示時(shí)，再拉高電平使能背光。

⑥將RA8875的XN、YN、XP、YP連至4線電阻觸摸屏，系統(tǒng)就能不斷監(jiān)測觸摸事件，為了提升ADC轉(zhuǎn)換穩(wěn)定度，加10μF的電容到地。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 接口協(xié)議分析

圖6 TFT－LCD模組引腳定義及接線圖

圖7 背光電路圖

合理的資源文件接口協(xié)議是快捷地生成人機(jī)界面的關(guān)鍵。將PC端人機(jī)界面編輯軟件中的工程文件整合成緊湊的十六進(jìn)制字節(jié)流文件就是資源文件。這個(gè)資源文件實(shí)質(zhì)上就是由多個(gè)表（結(jié)構(gòu)體）、圖像取模數(shù)據(jù)、字符串?dāng)?shù)據(jù)組成。資源文件的第一個(gè)字節(jié)處開始存放資源表，該表所包含的重要信息有：頁面信息表的數(shù)目、頁面信息表的入口地址、圖像信息表的數(shù)目、圖像信息表的入口地址。根據(jù)接口協(xié)議，這個(gè)接口實(shí)際上是由多個(gè)表組成。

3.1.1 頁面信息表

頁面是指一屏顯示界面，里面可包含多種元素。這是根據(jù)RA8875的功能特性及一般的顯示需要而設(shè)的，包括顯示圖像、不同顏色的文本、線段、矩形、圓角矩形、橢圓等。

頁面信息表所登記的信息包括該頁面唯一標(biāo)識值、頁面元素個(gè)數(shù)、頁面元素表的地址。頁面元素表中存放的是上文提及的文本、線段、橢圓框、圖片等不同元素的屬性表。例如，對于橢圓框元素，其主要屬性為橢圓中心點(diǎn)、長短軸。MCU解析橢圓元素的屬性表內(nèi)容后，按流程驅(qū)動(dòng)RA8875顯示橢圓。

3.1.2 圖像信息表

圖像信息表中登記了一幅或多幅圖像的信息，包括圖像唯一的標(biāo)識符、尺寸、圖像取模數(shù)據(jù)。當(dāng)需要顯示或剪切顯示圖像時(shí)，僅需操作RA8875的個(gè)別寄存器即可將顯示工作完全交由RA8875的DMA來完成。其操作流程如圖8所示。

圖8 操作RA8875完成圖像顯示的流程圖

3.2 人機(jī)界面對接口協(xié)議的執(zhí)行

RA8875在480×272像素下支持雙圖層顯示。在本設(shè)計(jì)中，將Layer2設(shè)置為顯示加載資源的圖層，Layer1設(shè)置為根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)顯示的圖層。Layge1以背景色（又可稱為透明色）透明的方式疊加顯示在Layer2之上，如圖2所示。從64K色中選取一種Layer1中不會(huì)用到的顏色作為透明色，當(dāng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要更新時(shí)，利用透明色局部清屏或作為文本底色，以達(dá)到現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接疊加于人機(jī)界面上卻不破壞頁面的效果。圖9為對RA8875的操作流程圖。

4 系統(tǒng)性能分析

在本設(shè)計(jì)中，使用128Mb Flash來存儲(chǔ)資源文件，可存儲(chǔ)64幅全屏圖像，若為不帶圖片的頁面，大多不足1KB／頁面的數(shù)據(jù)量，也可存放上萬頁面，這對一般的人機(jī)界面來說已經(jīng)夠用了。

由于SPI－Flash支持從任意地址連續(xù)讀取任意長度數(shù)據(jù)，尤其是STM32所帶的SPI接口支持DMA功能，可以方便地加載各種資源表、信息表，因此不存在大量消耗內(nèi)存及長期占用CPU的情況，給MCU留有足夠的資源去處理嵌入式系統(tǒng)中其他更重要的實(shí)時(shí)性任務(wù)。

圖9 接口協(xié)議的執(zhí)行流程圖

本設(shè)計(jì)所用的PC端人機(jī)界面編輯軟件設(shè)計(jì)的界面圖略——編者注。

結(jié) 語

在充分利用RA8875特性的基礎(chǔ)上，借助PC機(jī)可視化編輯的優(yōu)勢，提出了一套完整的人機(jī)界面設(shè)計(jì)的方案，并已嵌入于不同的人機(jī)界面設(shè)計(jì)中。雖然前期加入了PC端開發(fā)的工作量，但這種僅占用MCU少量工作時(shí)間及代碼空間的方法十分適用于低成本地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期場合。

本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1] 瑞佑科技（RAiO）.RA8875文字／圖形TFT LCD控制器規(guī)格書V1.3，2013.

［2] 宋學(xué)端，蔡子裕，段青青.觸摸屏數(shù)據(jù)處理算法［J] .工藝應(yīng)用技術(shù)與實(shí)現(xiàn)，2008（12）：255－257.

［3] ST.STM32F系列ARM內(nèi)核32位高性能微控制器參考手冊V10＿1，2010.

［4] 華邦電子.W25Q128BV Reviosion E，2011.

［5] 上海集通公司.GT23L32S4W標(biāo)準(zhǔn)漢字字庫芯片簡要說明VER 4.0，2011.

［6] Richtek Technology Corporation.RT9293，2008.