工程师笔记|TouchGFX图形应用在亮屏时的低功耗实现

STM32单片机 2021-12-23 17:30

关键词:

TouchGFX, Low Power


1 图形应用和低功耗

随着智能设备的普及,越来越多的设备会用到图形界面,而在STM32 MCU上使用TouchGFX,使得图形设计变得非常简单。其中智能手表、智能手环等产品对功耗要求比较高,这就需要在图形应用同时,结合芯片的低功耗模式来优化能耗。

在图形应用中使用低功耗,一般分为两种场景,一种是在关闭屏幕时,MCU进入STOP模式,能极大的降低MCU功耗;另一种是在屏幕亮着的状态,MCU进入SLEEP模式,也能降低MCU功耗。而在STM32L4+芯片上,LPSLEEP模式相比SLEEP模式功耗更低,本文将在STM32L4R9芯片上,结合TouchGFX和LPSLEEP来介绍如何在亮屏状态下实现MCU低功耗。



2 低功耗实现原理介绍

在使用TouchGFX做图形应用时,会使用到FreeRTOS操作系统,使用SysTick定时产生1ms的中断来作为系统tick。在所有应用任务空闲时,系统会调度Idle任务。此时我们能让MCU进入低功耗,从而达到降低MCU功耗的目的。

2.1  Tickless Idle

FreeRTOS提供了Tickless Idle配置,在FreeRTOSConfig.h文件中,通过配置configUSE_TICKLESS_IDLE为不同的值来配置FreeRTOS是否在Idle任务里进入低功耗,默认为0表示不进入低功耗。

本文中将配置为2,自定义Idle任务中低功耗实现。


Table 1 Tickless Idle 配置


FreeRTOS中进入低功耗具体是由vPortSuppressTicksAndSleep函数实现。配置configUSE_TICKLESS_IDLE 为 2 时,还需要重写 vPortSetupTimerInterrupt 函数。


2.2 TouchGFX渲染与LPSLEEP限制

根据参考手册描述,在进入LPSLEEP时要先切换到LPRUN模式,系统时钟要降低到2MHz,因此在进入、退出LPSLEEP时会有时钟的切换过程。


在屏幕亮着的状态时,用户可能随时触摸屏幕,或者系统信息可能更新,因此屏幕显示的内容可能随时变化,如果此时MCU进入LPSLEEP状态,会导致系统响应不及时。另外,在屏幕内容更新时,L4R9通过DSI向屏幕更新显示数据,此过程由硬件完成,在此过程中,软件也有可能会进入LPSLEEP,这样系统时钟发生变化,会导致DSI更新显示数据异常,产生屏幕显示花屏的问题。


为了避免以上问题,在进入LPSLEEP前会检查当前状态,如果用户未操作屏幕,TouchGFX已经完成渲染,DSI刷新过程也完成,则允许系统进入LPSLEEP状态。这样既保证了系统正常工作,又达到了降低功耗的目的。



3 实现过程

重写vPortSetupTimerInterrupt函数,主要是设置与休眠时间补偿相关的变量,初始化systick寄存器:


Figure 1


重写vPortSuppressTicksAndSleep函数。在进入LPSLEEP前,会停止systick,在休眠完成后,需要补偿系统tick值,示例中使用LPTIM计时来补偿系统tick值。在进入LPSLEEP前先进行状态检查,只要有以下情况,都不进入低功耗模式:


a)    触摸事件产生:nosleep_flg

b)    DMA2D busy状态:isDMAbusy_a()

c)    DSI refreshing状态:displayRefreshing

d)    渲染完成,请求DSI 刷新:refreshRequested


Figure 2


TouchGFX渲染过程包括两部分,CPU渲染和DMA2D渲染。在CPU渲染过程中,TouchGFX任务处于执行状态,系统不会主动调度Idle任务。而在DMA2D渲染过TouchGFX会让出CPU,此时可能会切换到Idle任务执行,因此需要对DMA2D是否正在渲染进行判断。对DMA2D是否在渲染的判断如下:


Figure 3



小结

在TouchGFX图形应用中,在屏幕亮着的情况下如果需要优化功耗,可考虑结合FreeRTOS tickless模式,使用MCU的低功耗模式达到节能省电的目的。




                

© THE END



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