EEPW论坛

一、项目背景
本文基于GD32F527单片机的显示系统，需要驱动480x272分辨率的TFT-LCD屏幕。最初使用内部SRAM作为帧缓冲区，分辨率只能限制在240x136。为了实现全屏显示，决定移植外部SDRAM作为帧缓冲区。
本文将详细介绍从裸机代码到Zephyr RTOS的完整移植过程，以及在SRAM和SDRAM实现中积累的经验心得。

二、硬件平台
MCU：GD32F527 (ARM Cortex-M33, 200MHz)LCD：480x272 TFT显示屏，RGB565格式存储：外部SDRAM (16Mbit, 通过EXMC接口)开发板：GD32F527I-EVAL
三、第一阶段：系统RAM帧缓冲区实现3.1 方案选择GD32F527内部SRAM为256KB，理论上可以容纳480x272x2=261KB的帧数据。但直接使用全部SRAM会影响其他代码的运行空间，因此最初采用240x136的分辨率进行验证。 3.2 关键配置步骤3.2.1. TLI接口配置

// tli.c - TLI初始化
void lcd_config(void)
{
    // 配置像素时钟
    tli_init_param tli_init_struct;
    tli_init_struct.clock_divider = 2;    // 根据PLL输出计算
    tli_init_struct.rgb_mode = RGB565;
    tli_init_struct.width = 480;
    tli_init_struct.height = 272;
    // ... 其他参数配置
    tli_init(&tli_init_struct);
    // 配置图层0
    tli_layer_param layer;
    layer.layer_addr = (uint32_t)framebuffer;  // 帧缓冲区地址
    layer.layer_width = 480;
    layer.layer_height = 272;
    layer.layer_pixel_format = LAYER0_PIXEL_FORMAT;
    tli_layer_config(LAYER0, &layer);
}

3.2. 2. 帧缓冲区定义

// 使用内部SRAM (限制分辨率)
// 注意：__attribute__((at(address))) 是ARM特有语法
#if defined(__CC_ARM)
    #define FB_SECTION __attribute__((at(0x20000000 + 0x10000)))
#elif defined(__GNUC__)
    #define FB_SECTION __attribute__((section(".bss.$RAM3")))
#endif
static uint16_t framebuffer[240 * 136] FB_SECTION;

3.3 经验心得
经验1：编译器段属性很重要不同编译器的段属性语法不同：

ARM Compiler (Keil)：`__attribute__((at(0x20000000 + offset)))`
GCC：`__attribute__((section(".bss.$RAM3")))`
IAR：`__attribute__((section("RAM3")))`

经验2：分辨率与带宽的平衡- 240x136 @ 60fps：带宽需求约 240×136×2×60 ≈ 4.7MB/s- 480x272 @ 60fps：带宽需求约 480×272×2×60 ≈ 15.8MB/s
内部SRAM的带宽足够，但全屏需要外部SDRAM。
四、第二阶段：SDRAM帧缓冲区实现
4.1 硬件连接GD32F527通过EXMC (External Memory Controller) 接口连接SDRAM：

EXMC引脚	SDRAM引脚	功能
EXMC_D0-D15	DQ0-D15	数据总线
EXMC_A0-A12	A0-A12	地址总线
EXMC_NWE	WE	写使能
EXMC_NRAS	RAS	行地址选通
EXMC_NCAS	CAS	列地址选通
EXMC_CKE	CKE	时钟使能
EXMC_CLK	CLK	时钟

 4.2 EXMC SDRAM初始化

#define SDRAM_BASE       0xC0000000
void exmc_synchronous_dynamic_ram_init(uint32_t sdram_device)
{
    // 1. 配置EXMC时钟
    rcu_periph_clock_enable(RCU_EXMC);
    // 2. 配置SDRAM时序参数
    exmc_sdram_timing_parameter_struct timing;
    timing.read_write_delay = 2;
    timing.row_to_column_delay = 2;
    timing.row_to_row_delay = 3;
    timing.release_delay = 2;
    timing.setup_time = 2;
    timing.wait_config_time = 3;
    timing.access_mode = EXMC_ACCESS_MODE_A;
    // 3. 配置SDRAM控制参数
    exmc_sdram_parameter_struct sdram_config;
    sdram_config.sdram_device = sdram_device;
    sdram_config.column_address_bit_num = EXMC_SDRAM_COLUMN_BIT_NUM_9;
    sdram_config.row_address_bit_num = EXMC_SDRAM_ROW_BIT_NUM_13;
    sdram_config.data_width = EXMC_SDRAM_DATABUS_WIDTH_16B;
    sdram_config.internal_bank_number = EXMC_SDRAM_INTERN_BANK_NUM_4;
    sdram_config.cas_latency = EXMC_SDRAM_CAS_LATENCY_2;
    sdram_config.write_protection = DISABLE;
    sdram_config.sdclock_config = EXMC_SDRAM_SDCLK_2MHZ;
    sdram_config.burst_read = ENABLE;
    sdram_config.burst_write = DISABLE;
    sdram_config.wait_config = DISABLE;
    sdram_config.timing = &timing;
    // 4. 初始化
    exmc_sdram_init(&sdram_config);
    // 5. 发送初始化命令序列
    uint32_t cmd = EXMC_SDRAM_CMD_NOP;
    exmc_sdram_command(&cmd);
    // 6. 等待200us
    delay_ms(1);
    // 7. 发送预充电命令
    cmd = EXMC_SDRAM_CMD_PRECHARGE;
    exmc_sdram_command(&cmd);
    // 8. 自动刷新
    cmd = EXMC_SDRAM_CMD_AUTO_REFRESH;
    exmc_sdram_command(&cmd);
    // 9. 加载模式寄存器
    cmd = EXMC_SDRAM_CMD_LOAD_MODE_REG;
    exmc_sdram_command(&cmd);
}

 4.3 移植到Zephyr RTOS
 4.3.1 时钟配置
Zephyr默认使用IRC8M (8MHz) 时钟，需要在系统启动早期配置PLL为200MHz：

void soc_early_init_hook(void)
{
    // 1. 配置Flash等待周期 (200MHz需要5个等待状态)
    FMC->WS |= 0x05;
    // 2. 启用外部晶振HXTAL
    RCU->CTL |= RCU_CTL_HXTALEN;
    while (!(RCU->CTL & RCU_CTL_HXTALSTB));
    // 3. 配置PMU高驱动模式
    PMU->CTL |= PMU_CTL_HDEN;
    // 4. 配置PLL: HXTAL * 400 / 2 = 200MHz
    RCU->CFG0 &= ~(RCU_CFG0_PLLDV | RCU_CFG0_PLLSEL | RCU_CFG0_PLLMF);
    RCU->CFG0 |= (25 << 17) |    // PSC = 25
                 (400 - 1) |     // N = 400
                 (2 << 14);     // P = 2
    // 5. 启用PLL
    RCU->CTL |= RCU_CTL_PLLEN;
    while (!(RCU->CTL & RCU_CTL_PLLSTB));
    // 6. 切换到PLL时钟
    RCU->CFG0 |= RCU_CK_SYS_SRC_PLL;
    while (((RCU->CFG0 >> 2) & 0x03) != 2);
}

 4.3.2 SystemCoreClock更新
HAL库需要正确的SystemCoreClock值进行延时计算：

// main.c
extern uint32_t SystemCoreClock;
static void update_system_clock(void)
{
    volatile uint32_t *rcu_cfg0 = (volatile uint32_t *)0x40023808;
    uint32_t scs = (*rcu_cfg0) & 0x03;
    if (scs == 2) {
        SystemCoreClock = 200000000;
    } else if (scs == 1) {
        SystemCoreClock = 16000000;
    } else if (scs == 3) {
        SystemCoreClock = 25000000;
    } else {
        SystemCoreClock = 8000000;
    }
    printk("SystemCoreClock: %d Hz\r\n", SystemCoreClock);
}

 4.3.3 Zephyr配置

# prj.conf
CONFIG_SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC=200000000
CONFIG_MAIN_STACK_SIZE=4096
CONFIG_GPIO=y
CONFIG_MPU=n          # 禁用MPU简化SDRAM访问
CONFIG_DCACHE=n       # 禁用数据缓存
CONFIG_CACHE_MANAGEMENT=n

 五、调试经验与踩坑记录
坑1：系统时钟为0导致崩溃
现象：程序运行到LCD初始化时崩溃
原因：Zephyr默认使用IRC8M，但代码中使用了基于200MHz的延时函数
解决：在main()开头调用update_system_clock()更新SystemCoreClock

坑2：SDRAM初始化后崩溃
现象：SDRAM测试通过，但LCD初始化时崩溃
原因：可能是时钟配置在SDRAM操作之前尚未稳定
解决：确保PLL时钟完全稳定后再进行SDRAM操作
经验3：TLI图层配置要点

// TLI图层配置关键参数
layer.layer_window_left = 0;
layer.layer_window_right = 479;
layer.layer_window_top = 0;
layer.layer_window_bottom = 271;
layer.layer_offset_x = 0;
layer.layer_offset_y = 0;
layer.layer_palette_color_addr = 0;
layer.layer_layer_addr = (uint32_t)framebuffer;  // 帧缓冲地址

经验4：背光控制

// 开启背光
gpio_bit_set(GPIOB, GPIO_PIN_15);
// 或者使用PWM调光
gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_15);
gpio_af_set(GPIOB, GPIO_PIN_15, GPIO_AF_1);  // 复用为定时器功能

 六、测试图案代码

// 完整测试图案
void display_test_patterns(void)
{
    while (1) {
        // 1. 红色填充
        fill_screen(COLOR_RED);
        k_msleep(1000);
        // 2. 绿色填充
        fill_screen(COLOR_GREEN);
        k_msleep(1000);
        // 3. 蓝色填充
        fill_screen(COLOR_BLUE);
        k_msleep(1000);
        // 4. 十字线测试
        fill_screen(COLOR_BLACK);
        draw_horizontal_line(LCD_HEIGHT / 2, COLOR_WHITE);
        draw_vertical_line(LCD_WIDTH / 2, COLOR_RED);
        k_msleep(2000);
        // 5. 边框测试
        fill_screen(COLOR_BLACK);
        for (int x = 50; x < LCD_WIDTH - 50; x++) {
            draw_pixel(x, 50, COLOR_WHITE);
            draw_pixel(x, LCD_HEIGHT - 51, COLOR_WHITE);
        }
        for (int y = 50; y < LCD_HEIGHT - 50; y++) {
            draw_pixel(50, y, COLOR_WHITE);
            draw_pixel(LCD_WIDTH - 51, y, COLOR_WHITE);
        }
        k_msleep(2000);
        // 6. 渐变效果
        fill_screen(COLOR_BLACK);
        for (int y = 0; y < LCD_HEIGHT; y++) {
            uint16_t color = ((y * 31 / LCD_HEIGHT) << 5) |
                            ((LCD_HEIGHT - y) * 31 / LCD_HEIGHT);
            draw_horizontal_line(y, color);
        }
        k_msleep(2000);
    }
}

 七、代码结构

lcd_sdram/
├── CMakeLists.txt      # 构建配置
├── prj.conf            # Zephyr配置
├── src/
│   ├── main.c          # 主程序
│   ├── graphics.c     # 绘图函数
│   ├── graphics.h     # 图形接口
│   ├── tli.c          # TLI驱动
│   └── exmc_sdram.c  # SDRAM驱动
└── README.md

八、总结
 关键要点
1. 时钟配置是根本：200MHz系统时钟需要正确的PLL配置和Flash等待周期2. SystemCoreClock不可忽略：HAL库延时函数依赖此变量3. 浮点数需谨慎：Zephyr默认可能不支持硬件浮点，避免在驱动代码中使用%f4. 缓存策略：对于帧缓冲区，禁用数据缓存可避免显示异常5. MPU配置：外设内存访问建议禁用MPU或正确配置内存区域

后续优化方向
1. 使用DMA传输提高显示效率2. 实现双缓冲机制避免画面撕裂3. 添加图形库支持 (lvgl)4. 实现触摸屏驱动

附视频效果：

|