痞子衡嵌入式：记录i.MXRT1060驱动LCD屏显示横向渐变色有亮点问题解决全过程（解答篇）
痞子衡 人气:0
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大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是**i.MXRT1060上LCD横向渐变色显示出亮点问题的分析解决经验**。
接上篇[《一个关于LCD屏显示出异常亮点的故事(上)》](https://www.cnblogs.com/henjay724/p/12602979.html)咱们继续聊，上一篇发出之后，大家在我的微信公号文章下面留言很热烈，大部分朋友都把怀疑点放在了HyperRAM时序配置上，觉得很大概率是HyperRAM的数据访问出了问题导致了LCD显示异常，这个怀疑是非常合情合理的，那么从高效定位问题的角度，我们接下来应该怎么做？
### 一、问题分析
让我们回到上一篇的最后，痞子衡列出了所有可能出问题的地方，我们现在需要将这些疑点逐一排除：
> 1. 客户LCD显示测试代码逻辑是否有问题？
> 2. 客户LCD屏与i.MXRT1060连接（线序）是否有问题？
> 3. 客户LCD屏的ST7701S驱动移植（从STM32到i.MXRT1060）是否有问题？
> 4. 客户选用的HyperRAM本身质量是否有问题？
> 5. i.MXRT1060配置的客户HyperRAM时序参数是否有问题？
> 6. i.MXRT1060的LCD显示模块eLCDIF驱动是否有问题？
> 7. i.MXRT1060系统的总线处理（如Cache、总线竞争）是否有问题？
这些怀疑点总结下来就是两类，一类是硬件问题（如2、4），另一类是软件问题（如1、3、5、6、7）。痞子衡觉得应该从软件疑点先下手。因为从现象上看，硬件上基本没啥大问题，LCD是能够按代码设计那样去显示的，而且硬件问题检查起来（可能涉及改板子或者焊接，万一整坏了板子...）不如验证软件问题来得快，等软件疑点初步排除了，再找硬件问题也不迟。
确定了从软件疑点下手，那么从哪一个开始呢？当然是大家都认为最可疑的点 - HyperRAM时序配置问题这点先入手，不过直接去检查HyperRAM时序配置较为繁琐，我们有更好的选择，uint32_t s_frameBuffer\[480\]\[480\]总大小为900KB，这小于i.MXRT1060内部RAM总空间（1MB），所以我们完全可以将这个frameBuffer链接到内部RAM里来规避HyperRAM时序配置问题（疑点5）以及系统总线处理问题（疑点7），另外我们还可以直接用J-Link修改内部RAM里的frameBuffer数据来规避客户测试代码逻辑问题（疑点1）。为了方便地生成frameBuffer数据，我们还需要写个简单的Python脚本，那么我们先尝试用这一套方法在LCD上显示一个真实风景照吧。
> Note: 这套验证方法的最大好处是高效且省时，不需要在App代码工程里改frameBuffer相关代码以及一次次地重新编译下载。
### 二、开始测试
#### 2.1 将frameBuffer链接到内部RAM里
##### 2.1.1 重配FlexRAM
首先是需要在App工程的startup_MIMXRT1062.s文件里修改Reset_Handler代码，增加FlexRAM重配代码，因为默认RAM配置是128KB ITCM, 128KB DTCM, 768KB OCRAM，我们要将其调整为1MB OCRAM。
```C
__iomux_gpr16_adr EQU 0x400AC040
__iomux_gpr17_adr EQU 0x400AC044
__flexram_bank_cfg EQU 0x55555555
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;
;; Default interrupt handlers.
;;
THUMB
PUBWEAK Reset_Handler
SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
CPSID I ; Mask interrupts
;新增代码（开始）
LDR R0,=__iomux_gpr17_adr
MOV32 R1,__flexram_bank_cfg
STR R1,[R0]
LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
LDR R1,[R0]
ORR R1,R1,#4
STR R1,[R0]
;新增代码（结束）
LDR R0, =0xE000ED08
LDR R1, =__vector_table
; ...
```
##### 2.1.2 调整MPU设置
然后我们要在App工程的board.c文件里修改BOARD_ConfigMPU()函数，增加如下代码，确保全部1MB OCRAM地址空间(0x20200000开始)都是non-cacheable属性。
```C
/* Region 6 setting: Memory with Normal type, not shareable, non-cacheable */
MPU->RBAR = ARM_MPU_RBAR(6, 0x20200000U);
MPU->RASR = ARM_MPU_RASR(0, ARM_MPU_AP_FULL, 1, 0, 0, 0, 0, ARM_MPU_REGION_SIZE_1MB);
```
##### 2.1.3 修改链接文件
最后我们要在App工程的main函数源文件里将s_frameBuffer放在一个自定义的.frameBuffer段里，以便在App链接文件里将其放到OCRAM地址空间里（0x20200000 - 0x202FFFFF）。
main函数源文件中的修改：
```C
__no_init uint32_t s_frameBuffer[APP_IMG_HEIGHT][APP_IMG_WIDTH] @ ".frameBuffer";
```
App工程链接文件中的修改：
```text
define symbol m_data2_start = 0x20200000;
define symbol m_data2_end = 0x202FFFFF;
define region DATA2_region = mem:[from m_data2_start to m_data2_end];
place in DATA2_region { section .frameBuffer };
```
#### 2.2 编写Python脚本生成frameBuffer数据
##### 2.2.1 风景图片数据
我们可以从网上找一张.jpg格式图片，将其尺寸裁剪到480x480，然后借助Pillow里的Image库将其转成XRGB8888格式的binary文件，对应Python脚本（脚本名为convert_jpeg_to_xrgb8888.py）用法和源代码如下：
```Python
import sys, os
import argparse
from PIL import Image
class ConvertJpegToXrgb8888(object):
def __init__(self):
pass
def _read_options(self):
parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'), help="Specify the output file.")
parser.add_argument("input", help="JPEG Image file."),
return parser.parse_args()
def run(self):
args = self._read_options()
imgObj = Image.open(args.input)
pixelBuf = imgObj.getdata()
for i in range(len(pixelBuf)):
for j in range(len(pixelBuf[i])):
args.output.write(chr(pixelBuf[i][len(pixelBuf[i]) - j - 1]))
args.output.write(chr(0))
args.output.close()
if __name__ == "__main__":
exit(ConvertJpegToXrgb8888().run())
```
##### 2.2.2 RGB测试数据
此外我们还需要一个脚本，能够很容易地修改生成指定的RGB测试数据，用于定位亮点问题，对应Python脚本（脚本名为generate_xrgb8888.py）用法和源代码如下：
```Python
import sys, os
import argparse
class GenerateXrgb8888(object):
def __init__(self):
pass
def _read_options(self):
parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'), help="Specify the output file.")
return parser.parse_args()
def _make_xrgb8888(self, r, g, b):
return chr(b) + chr(g) + chr(r) + chr(0)
def run(self):
args = self._read_options()
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(j%256, 0, 0))
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(0, j%256, 0))
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(0, 0, j%256))
args.output.close()
if __name__ == "__main__":
exit(GenerateXrgb8888().run())
```
#### 2.3 使用J-Link将frameBuffer数据更新进OCRAM
##### 2.3.1 显示风景图片
我们从网上随便找一张风景图片scenery.jpg，使用convert_jpeg_to_xrgb8888.py脚本将其转换为scenery.bin，然后将J-Link仿真器挂上芯片，成功连接之后，使用loadbin scenery.bin 0x20200000命令将图片数据下载进内部RAM。
这时候你可以看到LCD的显示变成了图片：
##### 2.3.2 显示RGB测试数据
从上一节测试的真实图片显示效果上看，似乎看不出明显的亮点问题，这说明亮点在特定RGB数据内容显示的时候才会显现出来，那么我们现在的任务就是要找到这个显现条件，这时候需要修改generate_xrgb8888.py脚本来反复做实验。
所以痞子衡就不断地修改脚本、生成数据、下载数据，功夫不负有心人，痞子衡找到了亮点复现规律。
### 三、原因分析
痞子衡发现的亮点规律是当横向某两个连续渐变像素点RGB任一分量出现多bit由1向0跳变时（比如前一个像素点B分量是8'b01111111，后一个像素点B分量是8'b10000000），则后一个像素点必是亮点，这个亮点像素点最终显示的B分量极可能变成了8'b11111111。
所以分析下来应该是DCLK信号的极性设置在屏的驱动IC和i.MXRT1060的eLCDIF模块里不匹配，RGB数据线采样时机错了，导致实际显示的RGB数据发生了错误。
在SDK的elcdif_rgb example里关于eLCDIF模块信号输出的极性设置如下，这里需要注意的是kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge是置1（即上沿数据输出，下沿数据保持的意思）。
```C
#define APP_POL_FLAGS (kELCDIF_DataEnableActiveHigh | kELCDIF_VsyncActiveLow | kELCDIF_HsyncActiveLow | kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge)
```
这是i.MXRT1060 eLCDIF极性配置相关：
这是OTA5180A芯片的默认极性配置时序图：
SDK里的极性设置与i.MXRT1060-EVK标配的LCD屏（RK043FN02H-CT）里的驱动芯片OTA5180A默认配置是相吻合的。
我们现在再来看看SDK里的极性设置与客户LCD屏的驱动芯片ST7701S的极性配置是否匹配，客户设置了ST7701S的IM[3:0]状态为4'b1010，即RGB模式输出，且PCLK是下沿数据输入，上沿数据保持（Latch），因此跟SDK里的极性设置是反相的。
所以最终的解决方法就是要么将ST7701S的IM[3:0]状态设为4'b0010，要么在App代码里将APP_POL_FLAGS定义改用kELCDIF_DriveDataOnFallingClkEdge。
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让我们回到上一篇的最后，痞子衡列出了所有可能出问题的地方，我们现在需要将这些疑点逐一排除：
> 1. 客户LCD显示测试代码逻辑是否有问题？
> 2. 客户LCD屏与i.MXRT1060连接（线序）是否有问题？
> 3. 客户LCD屏的ST7701S驱动移植（从STM32到i.MXRT1060）是否有问题？
> 4. 客户选用的HyperRAM本身质量是否有问题？
> 5. i.MXRT1060配置的客户HyperRAM时序参数是否有问题？
> 6. i.MXRT1060的LCD显示模块eLCDIF驱动是否有问题？
> 7. i.MXRT1060系统的总线处理（如Cache、总线竞争）是否有问题？
这些怀疑点总结下来就是两类，一类是硬件问题（如2、4），另一类是软件问题（如1、3、5、6、7）。痞子衡觉得应该从软件疑点先下手。因为从现象上看，硬件上基本没啥大问题，LCD是能够按代码设计那样去显示的，而且硬件问题检查起来（可能涉及改板子或者焊接，万一整坏了板子...）不如验证软件问题来得快，等软件疑点初步排除了，再找硬件问题也不迟。
确定了从软件疑点下手，那么从哪一个开始呢？当然是大家都认为最可疑的点 - HyperRAM时序配置问题这点先入手，不过直接去检查HyperRAM时序配置较为繁琐，我们有更好的选择，uint32_t s_frameBuffer\[480\]\[480\]总大小为900KB，这小于i.MXRT1060内部RAM总空间（1MB），所以我们完全可以将这个frameBuffer链接到内部RAM里来规避HyperRAM时序配置问题（疑点5）以及系统总线处理问题（疑点7），另外我们还可以直接用J-Link修改内部RAM里的frameBuffer数据来规避客户测试代码逻辑问题（疑点1）。为了方便地生成frameBuffer数据，我们还需要写个简单的Python脚本，那么我们先尝试用这一套方法在LCD上显示一个真实风景照吧。
> Note: 这套验证方法的最大好处是高效且省时，不需要在App代码工程里改frameBuffer相关代码以及一次次地重新编译下载。
### 二、开始测试
#### 2.1 将frameBuffer链接到内部RAM里
##### 2.1.1 重配FlexRAM
首先是需要在App工程的startup_MIMXRT1062.s文件里修改Reset_Handler代码，增加FlexRAM重配代码，因为默认RAM配置是128KB ITCM, 128KB DTCM, 768KB OCRAM，我们要将其调整为1MB OCRAM。
```C
__iomux_gpr16_adr EQU 0x400AC040
__iomux_gpr17_adr EQU 0x400AC044
__flexram_bank_cfg EQU 0x55555555
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;
;; Default interrupt handlers.
;;
THUMB
PUBWEAK Reset_Handler
SECTION .text:CODE:REORDER:NOROOT(2)
Reset_Handler
CPSID I ; Mask interrupts
;新增代码（开始）
LDR R0,=__iomux_gpr17_adr
MOV32 R1,__flexram_bank_cfg
STR R1,[R0]
LDR R0,=__iomux_gpr16_adr
LDR R1,[R0]
ORR R1,R1,#4
STR R1,[R0]
;新增代码（结束）
LDR R0, =0xE000ED08
LDR R1, =__vector_table
; ...
```
##### 2.1.2 调整MPU设置
然后我们要在App工程的board.c文件里修改BOARD_ConfigMPU()函数，增加如下代码，确保全部1MB OCRAM地址空间(0x20200000开始)都是non-cacheable属性。
```C
/* Region 6 setting: Memory with Normal type, not shareable, non-cacheable */
MPU->RBAR = ARM_MPU_RBAR(6, 0x20200000U);
MPU->RASR = ARM_MPU_RASR(0, ARM_MPU_AP_FULL, 1, 0, 0, 0, 0, ARM_MPU_REGION_SIZE_1MB);
```
##### 2.1.3 修改链接文件
最后我们要在App工程的main函数源文件里将s_frameBuffer放在一个自定义的.frameBuffer段里，以便在App链接文件里将其放到OCRAM地址空间里（0x20200000 - 0x202FFFFF）。
main函数源文件中的修改：
```C
__no_init uint32_t s_frameBuffer[APP_IMG_HEIGHT][APP_IMG_WIDTH] @ ".frameBuffer";
```
App工程链接文件中的修改：
```text
define symbol m_data2_start = 0x20200000;
define symbol m_data2_end = 0x202FFFFF;
define region DATA2_region = mem:[from m_data2_start to m_data2_end];
place in DATA2_region { section .frameBuffer };
```
#### 2.2 编写Python脚本生成frameBuffer数据
##### 2.2.1 风景图片数据
我们可以从网上找一张.jpg格式图片，将其尺寸裁剪到480x480，然后借助Pillow里的Image库将其转成XRGB8888格式的binary文件，对应Python脚本（脚本名为convert_jpeg_to_xrgb8888.py）用法和源代码如下：
```Python
import sys, os
import argparse
from PIL import Image
class ConvertJpegToXrgb8888(object):
def __init__(self):
pass
def _read_options(self):
parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'), help="Specify the output file.")
parser.add_argument("input", help="JPEG Image file."),
return parser.parse_args()
def run(self):
args = self._read_options()
imgObj = Image.open(args.input)
pixelBuf = imgObj.getdata()
for i in range(len(pixelBuf)):
for j in range(len(pixelBuf[i])):
args.output.write(chr(pixelBuf[i][len(pixelBuf[i]) - j - 1]))
args.output.write(chr(0))
args.output.close()
if __name__ == "__main__":
exit(ConvertJpegToXrgb8888().run())
```
##### 2.2.2 RGB测试数据
此外我们还需要一个脚本，能够很容易地修改生成指定的RGB测试数据，用于定位亮点问题，对应Python脚本（脚本名为generate_xrgb8888.py）用法和源代码如下：
```Python
import sys, os
import argparse
class GenerateXrgb8888(object):
def __init__(self):
pass
def _read_options(self):
parser = argparse.ArgumentParser(formatter_class=argparse.RawDescriptionHelpFormatter)
parser.add_argument("-o", "--output", required=True, metavar="PATH", type=argparse.FileType('wb'), help="Specify the output file.")
return parser.parse_args()
def _make_xrgb8888(self, r, g, b):
return chr(b) + chr(g) + chr(r) + chr(0)
def run(self):
args = self._read_options()
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(j%256, 0, 0))
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(0, j%256, 0))
for i in range(160):
for j in range(480):
args.output.write(self._make_xrgb8888(0, 0, j%256))
args.output.close()
if __name__ == "__main__":
exit(GenerateXrgb8888().run())
```
#### 2.3 使用J-Link将frameBuffer数据更新进OCRAM
##### 2.3.1 显示风景图片
我们从网上随便找一张风景图片scenery.jpg，使用convert_jpeg_to_xrgb8888.py脚本将其转换为scenery.bin，然后将J-Link仿真器挂上芯片，成功连接之后，使用loadbin scenery.bin 0x20200000命令将图片数据下载进内部RAM。
这时候你可以看到LCD的显示变成了图片：
##### 2.3.2 显示RGB测试数据
从上一节测试的真实图片显示效果上看，似乎看不出明显的亮点问题，这说明亮点在特定RGB数据内容显示的时候才会显现出来，那么我们现在的任务就是要找到这个显现条件，这时候需要修改generate_xrgb8888.py脚本来反复做实验。
所以痞子衡就不断地修改脚本、生成数据、下载数据，功夫不负有心人，痞子衡找到了亮点复现规律。
### 三、原因分析
痞子衡发现的亮点规律是当横向某两个连续渐变像素点RGB任一分量出现多bit由1向0跳变时（比如前一个像素点B分量是8'b01111111，后一个像素点B分量是8'b10000000），则后一个像素点必是亮点，这个亮点像素点最终显示的B分量极可能变成了8'b11111111。
所以分析下来应该是DCLK信号的极性设置在屏的驱动IC和i.MXRT1060的eLCDIF模块里不匹配，RGB数据线采样时机错了，导致实际显示的RGB数据发生了错误。
在SDK的elcdif_rgb example里关于eLCDIF模块信号输出的极性设置如下，这里需要注意的是kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge是置1（即上沿数据输出，下沿数据保持的意思）。
```C
#define APP_POL_FLAGS (kELCDIF_DataEnableActiveHigh | kELCDIF_VsyncActiveLow | kELCDIF_HsyncActiveLow | kELCDIF_DriveDataOnRisingClkEdge)
```
这是i.MXRT1060 eLCDIF极性配置相关：
这是OTA5180A芯片的默认极性配置时序图：
SDK里的极性设置与i.MXRT1060-EVK标配的LCD屏（RK043FN02H-CT）里的驱动芯片OTA5180A默认配置是相吻合的。
我们现在再来看看SDK里的极性设置与客户LCD屏的驱动芯片ST7701S的极性配置是否匹配，客户设置了ST7701S的IM[3:0]状态为4'b1010，即RGB模式输出，且PCLK是下沿数据输入，上沿数据保持（Latch），因此跟SDK里的极性设置是反相的。
所以最终的解决方法就是要么将ST7701S的IM[3:0]状态设为4'b0010，要么在App代码里将APP_POL_FLAGS定义改用kELCDIF_DriveDataOnFallingClkEdge。
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