不服跑個(gè)分！5塊錢的國產(chǎn)單片機(jī)—Air32移植LVGL+FreeRTOS

合宙Air32F103系列MCU自六月初量產(chǎn)上市以來，以優(yōu)異性能和極致低價(jià)受到廣大用戶好評。特別是Air32F103CCT6芯片，64K RAM+256K Flash，可滿足許多復(fù)雜應(yīng)用需求。

最近LuatOS社區(qū)大神@Principle，在Air32F103CCT6上移植LVGL+FreeRTOS并進(jìn)行了跑分測試，我們一起來看看吧~

-合宙Air32跑分實(shí)測 -

文末【閱讀原文】鏈接，獲取最新資料。

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合宙Air32芯片選型

合宙Air32系列芯片有不同容量型號可選，我選擇了QFP48封裝所能提供最大存儲容量的Air32F103CCT6。

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Air32F103CCT6芯片相對于STM32F103大容量型號，主要有以下幾個(gè)升級點(diǎn)：

●216MHz的Cortex-M3內(nèi)核

可以穩(wěn)定超頻運(yùn)行在256MHz，且運(yùn)行在216MHz下時(shí)，全部Flash區(qū)域僅需1個(gè)等待周期。

●新增了一些外設(shè)
包括ADC3/TRNG/TIM9-TIM14等；

●對現(xiàn)有外設(shè)進(jìn)行了增強(qiáng)

例如內(nèi)置USB上拉電阻、GPIO可以獨(dú)立上下拉等。

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移植FreeRTOS與LVGL

由于合宙Air32系列能夠兼容STM32，因此本代碼基于STM32F1的標(biāo)準(zhǔn)庫，并增加了Air32的專有代碼。

Air32F103最新LVGL+FreeRTOS示例工程：
https://yuanze.wang/posts/air32-lvgl-freertos/

本工程針對Air32F103CCT6芯片，使用硬件SPI+DMA的方式驅(qū)動GC9306X控制器的320x240LCD屏幕，并支持雙緩沖模式，幾乎榨干了Air32所有的性能。同時(shí)，使用RTOS保證了DMA傳輸過程中CPU能夠進(jìn)入休眠，降低系統(tǒng)功耗。

特別注意：

請使用較新版本的Keil，舊版Keil可能會出現(xiàn)編譯的程序運(yùn)行錯(cuò)誤問題。

本工程經(jīng)實(shí)測可使用Keil5.36正常編譯。

2.1 工程組件

本文所使用的工程組件均來自原汁原味的官方最新版，除了配置文件之外絕無任何魔改。

● FreeRTOS：

來自FreeRTOS官網(wǎng)中最新的LTS 202012.04版本。
https://www.freertos.org/a00104.html

● LVGL：來自官網(wǎng)LVGL官方GitHub倉庫中最新的LVGL 8.3.1版本。
https://github.com/lvgl/lvgl/releases

2.2 注意事項(xiàng)

● 中斷優(yōu)先級：

Air32的NVIC中斷優(yōu)先級只有3位，而不是STM32的4位。若想使用STM32的標(biāo)準(zhǔn)庫，則需要在FreeRTOSConfig.h頭文件中修改__NVIC_PRIO_BITS默認(rèn)的值。

C

#ifndef __FREERTOS_CONFIG_H

#define __FREERTOS_CONFIG_H

#include "stm32f10x.h"

#undef __NVIC_PRIO_BITS

#define __NVIC_PRIO_BITS 3

● Air32專用PLL庫：

需要來自合宙的閉源PLL庫。為此，我將STM32原版的system_stm32f10x.c排除編譯，然后實(shí)現(xiàn)了自己的SystemInit()函數(shù)。該函數(shù)可以從合宙官方的SDK中獲取。

▼上下滾動，查看全部▼

C

voidSystemInit(void)

{

RCC_DeInit(); //復(fù)位RCC寄存器

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); //使能HSE

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET); //等待HSE就緒

RCC_PLLCmd(DISABLE);//關(guān)閉PLL

AIR_RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_32, 1); //配置PLL, 8*32=256MHz

RCC_PLLCmd(ENABLE); //使能PLL

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); //等待PLL就緒

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); //選擇PLL作為系統(tǒng)時(shí)鐘

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //配置AHB時(shí)鐘

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);//配置APB1時(shí)鐘

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);//配置APB2時(shí)鐘

RCC_LSICmd(ENABLE); //使能內(nèi)部低速時(shí)鐘

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET); //等待LSI就緒

RCC_HSICmd(ENABLE); //使能內(nèi)部高速時(shí)鐘

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY) == RESET); //等待HSI就緒

}

然后，將air.lib加入工程中，并自己定義AIR_RCC_PLLConfig()函數(shù)的原型與SystemCoreClock的值。

合宙Air32支持比STM32標(biāo)準(zhǔn)庫更高的RCC_PLLMul_xx值，因此還需要將air32f10x.h中新增的PLL值復(fù)制到自己的代碼中，這樣可以在使用熟悉的STM32標(biāo)準(zhǔn)庫的同時(shí)，使用到Air32的增強(qiáng)功能。

▼上下滾動，查看全部▼

C

#define RCC_PLLMul_17 ((uint32_t)0x10000000)

#define RCC_PLLMul_18 ((uint32_t)0x10040000)

#define RCC_PLLMul_19 ((uint32_t)0x10080000)

#define RCC_PLLMul_20 ((uint32_t)0x100C0000)

#define RCC_PLLMul_21 ((uint32_t)0x10100000)

#define RCC_PLLMul_22 ((uint32_t)0x10140000)

#define RCC_PLLMul_23 ((uint32_t)0x10180000)

#define RCC_PLLMul_24 ((uint32_t)0x101C0000)

#define RCC_PLLMul_25 ((uint32_t)0x10200000)

#define RCC_PLLMul_26 ((uint32_t)0x10240000)

#define RCC_PLLMul_27 ((uint32_t)0x10280000)

#define RCC_PLLMul_28 ((uint32_t)0x102C0000)

#define RCC_PLLMul_29 ((uint32_t)0x10300000)

#define RCC_PLLMul_30 ((uint32_t)0x10340000)

#define RCC_PLLMul_31 ((uint32_t)0x10380000)

#define RCC_PLLMul_32 ((uint32_t)0x103C0000)

uint32_t SystemCoreClock = 256000000;

uint32_t AIR_RCC_PLLConfig(uint32_t RCC_PLLSource, uint32_t RCC_PLLMul, uint8_t Latency);

注意：
如需使用Air32相比STM32新增的外設(shè)中斷，請自行更換STM32的啟動文件到Air32的啟動文件。

● Keil編譯器設(shè)置：

LVGL需要最低支持C99的編譯器才能正確編譯，因此需要開啟Keil AC5的C99模式。同時(shí)，為了減少生成固件的體積，建議選擇最高級別的-O3優(yōu)化。

2.3 組件庫的裁剪與優(yōu)化

由于芯片的RAM空間有限，因此需要對芯片的RAM空間進(jìn)行一定的規(guī)劃與優(yōu)化。程序中占用RAM較大的部分與相應(yīng)的規(guī)劃如下：

● 系統(tǒng)棧：

由于使用了FreeRTOS，各個(gè)Task有其自己的任務(wù)棧，因此系統(tǒng)棧只有ISR與main函數(shù)使用。

因此，在startup_stm32f10x_hd.s中將Stack_Size改為0x00000100，即256字節(jié)。

● 任務(wù)棧：

目前的代碼中只有三個(gè)Task，分別是LVGL Task LED Task與IDLE Task。

其中，LED Task與IDLE Task都非常簡單，為它們設(shè)置128字節(jié)的任務(wù)棧；LVGL Task較為復(fù)雜，根據(jù)官方推薦的2-8K范圍，設(shè)置為4K。

● LVGL堆：

LVGL的所有句柄都是動態(tài)內(nèi)存，因此其自己維護(hù)了一個(gè)堆空間。堆空間的大小可以在lv_conf.h中的LV_MEM_SIZE中修改，您可以根據(jù)自己使用的UI復(fù)雜度對其進(jìn)行修改。對于benchmark demo，12K即可滿足要求。

● LVGL緩沖區(qū)：

LVGL需要將畫面渲染到緩沖區(qū)中，之后再刷新到屏幕上。本工程支持單緩沖與雙緩沖模式（可以在Keil的Target中選擇），單緩沖模式使用1個(gè)240x40像素的緩沖區(qū)，雙緩沖模式則使用2個(gè)240x40像素的緩沖區(qū)。使用雙緩沖模式可以在DMA控制器向屏幕寫入一個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，CPU繼續(xù)渲染到另一個(gè)緩沖區(qū)中，提升渲染效率，但會占用雙倍的緩沖區(qū)。

同時(shí)，由于芯片的ROM空間也有限，因此我裁剪了一些LVGL與FreeRTOS的功能。您可以在lv_conf.h與FreeRTOSConfig.h中自行開關(guān)它們。benchmarkdemo中包含了大量的字體與圖像，因此導(dǎo)致最終編譯生成的bin文件較大。只使用FreeRTOS與LVGL內(nèi)核時(shí)，ROM占用約120K。使用常用的控件后，還能剩余約100K空間給用戶開發(fā)自己的應(yīng)用。

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運(yùn)行效果及總結(jié)

接下來通過單緩沖模式及雙緩沖模式實(shí)測數(shù)據(jù)，看看整體運(yùn)行效果如何：

3.1 單緩沖模式

單緩沖模式的存儲空間占用情況如下：

C

Total RO Size (Code + RO Data) 230904 ( 225.49kB)

Total RW Size (RW Data + ZI Data) 40768 ( 39.81kB)

Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 231472 ( 226.05kB)

單緩沖模式跑分結(jié)果：

3.2雙緩沖模式

雙緩沖模式的存儲空間占用情況如下：

C

Total RO Size (Code + RO Data) 230904 ( 225.49kB)

Total RW Size (RW Data + ZI Data) 40768 ( 39.81kB)

Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 231472 ( 226.05kB)

雙緩沖模式跑分結(jié)果：

可以看出，單緩沖模式相比雙緩沖模式節(jié)約了大量的RAM，幀數(shù)卻只下降了25%，因此單緩沖模式更具有實(shí)用意義。這主要是因?yàn)椋趶?fù)雜UI界面下，瓶頸主要在CPU的運(yùn)算速度上，而不是向屏幕寫入緩沖區(qū)的IO操作上。

● 實(shí)測總結(jié)：

5元錢的Air32F103CCT6確實(shí)具有了流暢運(yùn)行LVGL的能力，并且還有100K左右的ROM和超過20K的RAM空間可用，這使得在Air32F103上使用LVGL+FreeRTOS的同時(shí)開發(fā)復(fù)雜的用戶程序成為了可能，我們又多了一個(gè)高性價(jià)比的國產(chǎn)MCU選擇。