重构 ILI9341+LVGL 驱动:异步 DMA + 硬件旋转,修复残影与白屏

- 硬件 MADCTL 旋转,删除软件转置,LVGL 坐标与面板 1:1,消除移动残影
- 全异步 DMA:flush 启动即返回,完成/出错由 SPI 中断收尾,去掉信号量阻塞
- DMA 缓冲经 .lcd_ram 段强制放入 AXI SRAM,规避 DTCM 不可被 DMA 访问导致的白屏
- LV_COLOR_16_SWAP=1,LVGL 直出面板字节序,省去逐像素交换/拷贝
- 看门狗超时重建 SPI 自恢复,单次异常不再级联长时间白屏
- 定制 scatter(motor_ili9341_lcd.sct) 并接入 uvprojx
- 新增 README_ILI9341.md 说明根因/设计/构建验证
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zhy200308
2026-07-08 11:02:42 +08:00
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# ILI9341 + LVGL 驱动说明(重写版)
STM32H750 · SPI1 · DMA1_Stream2 · LVGL v8
本次重写的目标:**彻底解决移动物体残留/拖影** 与 **长时间运行白屏**
并让 SPI/DMA 时序自同步、可稳定构建运行。
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## 1. 问题根因与对应改动
| 旧版问题 | 根因 | 新版做法 |
|---|---|---|
| 移动方块留下残影/线条 | `disp_flush()` 里做软件 90° 转置,坐标/尺寸与 LVGL 失效区域不严格一致,且多一层 `rot_buf→dma_buf` 拷贝 | **硬件旋转**:面板 MADCTL 直接设横屏,LVGL 坐标 = 面板坐标,刷新区与失效区严格 1:1,转置整段删除 |
| 长时间运行白屏 | ① DMA 源缓冲可能被链接器放进 **DTCM**,而 DMA1 无法访问 DTCM;② 阻塞式信号量 + 出错 `Abort`,SPI 状态一乱就级联白屏 | ① 缓冲用 `.lcd_ram` 段**强制放入 AXI SRAM**;② 全异步 DMA,去掉信号量;出错回调 + 看门狗自恢复,单次异常不级联 |
| 刷新与 CPU 抢时间 | flush_cb 阻塞等待传输完成 | flush_cb 启动 DMA 后**立即返回**,双缓冲边渲染边传,完成中断里 `lv_disp_flush_ready()` |
| 字节序靠 CPU 逐像素交换 | `LV_COLOR_16_SWAP=0`,驱动里手工打包 | `LV_COLOR_16_SWAP=1`,LVGL 直接产出面板字节序,DMA 直接搬运 |
> 备注:旧 `ILI9341.h` 里关于 “CS=PB12 未配置为输出” 的警告是**过时的**——
> `main.h`/`gpio.c` 已把 PB12 配为推挽输出,CS 时序正常,无需改动。
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## 2. 数据通路
```
LVGL 渲染 → buf_1/buf_2 (.lcd_ram, AXI SRAM, 32B 对齐)
→ disp_flush() : 裁剪坐标,直接调 ILI9341_FlushArea_DMA()
→ FlushArea_DMA : 设窗口(2A/2B/2C) → clean D-Cache → CS 低 → 启动 SPI DMA,立即返回
→ [DMA 完成] SPI1 中断 → HAL_SPI_TxCpltCallback → CS 高 → lv_disp_flush_ready()
→ [出错] HAL_SPI_ErrorCallback → Abort → 收尾 → flush_ready(不卡死)
→ [兜底] 任务里 ILI9341_ServiceWatchdog(180) 超时中止+重建 SPI
```
关键不变量:任意时刻**至多一次 DMA 在途**(LVGL 在 `flush_ready` 前不会再次
调用 `flush_cb`)。收尾函数 `LCD_FinishTransfer()` 在关中断临界区内“取回调+复位
状态”,保证 `done_cb` 只被调用一次,杜绝 ISR 与看门狗竞争。
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## 3. 内存放置(最关键,务必确认)
STM32H7 的坑:**DMA1/DMA2 无法访问 DTCM(0x20000000)**,能访问 AXI SRAM(0x24000000)。
- 自定义链接脚本:`MDK-ARM/motor_ili9341_lcd.sct`
- `RW_IRAM1 @0x20000000`(DTCM):普通变量/堆栈,**不放** DMA 缓冲。
- `RW_IRAM2 @0x24000000`AXI SRAM):`*(.lcd_ram)` 显式放这里 + 其余 RW。
- 工程已改用该脚本:`motor_ili9341.uvprojx`
`<umfTarg>0</umfTarg>` + `<ScatterFile>.\motor_ili9341_lcd.sct</ScatterFile>`
- 所有交给 DMA 的缓冲都用 `LCD_RAM_ATTR`= `.lcd_ram` 段 + 32B 对齐)修饰,
`lv_port_disp.c``buf_1/buf_2`
> 在 Keil 里若手改内存布局,请始终保证 `.lcd_ram` 落在 AXI SRAM。
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## 4. 方向/镜像调节
方向完全由 `ILI9341_SetRotation()` 的 MADCTL 决定(默认 `1` = 横屏 320×240
`MADCTL=0x28`)。若烧录后镜像/上下颠倒,只需换 MADCTL:
- 横屏:`0x28``0xE8`
- 竖屏:`0x48``0x88`
换方向后如果分辨率变了,同步修改 `lv_port_disp.c`
`MY_DISP_HOR_RES / MY_DISP_VER_RES`
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## 5. 参数与调优
- `DISP_BUF_LINES`lv_port_disp.c,默认 20):单块缓冲行数。越大单次 DMA 越长、
刷新越连续;越小越省 RAM。两块共 `320*行数*2*2` 字节。DMA 单次字节数须 < 65535。
- `ILI9341_ServiceWatchdog(180)`freertos.c 任务循环):超时(ms)兜底恢复,建议
150~200ms。正常刷新根本走不到看门狗,它只处理硬件级卡死。
- SPI 速度:`spi.c``BaudRatePrescaler`。残影/花屏排查时可先降速验证接线。
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## 6. 对外 APIILI9341.h
```c
void ILI9341_Init(void); // 初始化 + 默认横屏
void ILI9341_SetRotation(uint8_t r); // 0/1/2/3
void ILI9341_FillScreen(uint16_t color); // 阻塞,初始化清屏用
void ILI9341_FillRect(...); // 阻塞
uint16_t ILI9341_Color565(r,g,b);
void ILI9341_FlushArea_DMA(x,y,w,h,data,done_cb,user); // 异步,LVGL 用
uint8_t ILI9341_IsBusy(void);
void ILI9341_ServiceWatchdog(uint32_t timeout_ms); // 任务里周期调用
```
`FlushArea_DMA``data` 必须已是面板字节序(由 `LV_COLOR_16_SWAP=1` 保证),
且位于 DMA 可访问内存。
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## 7. 构建与验证清单
1. Keil 打开工程 → 确认 Options → Linker 使用 `motor_ili9341_lcd.sct`(本工程已配置)。
2. 编译无警告地通过;`.map` 里确认 `buf_1/buf_2/.lcd_ram` 地址在 `0x24xxxxxx`
3. 烧录后:
- 蓝色方块左右移动**无残留线条/拖影**;
- 长时间(数十分钟以上)运行**不白屏、不冻结**;
- 若镜像/颠倒,按第 4 节调 MADCTL。
> 本仓库环境无法编译/烧录 STM32,以上第 2、3 步需在 Keil + 硬件上确认。
> 第 3 节的内存放置是唯一强依赖工具链的点,请务必核对 `.map`。