移植Arm-2D到i.MX RT1050-EVKB并繪制圖形界面

一、引言

眾所周知，i.MX RT系列是MCU中的性能強者，超高的主頻、豐富的外設以及足夠大的存儲使其能輕松應用于各類領域。其中，在圖像視頻方面，i.MX RT1050及以上系列，集成了PXP圖形加速器，可用于對LCD顯示之前的圖像進行處理。

i.MX RT1170更是集成了支持OpenVG的GPU2D模塊，可用于矢量繪圖等操作，還集成了兩類LCD控制器eLCDIF和LCDIFv2，并且在物理接口方面增加了MIPI DSI的支持。

不過強大的硬件支持不是今天文章的重點，今天來玩點“軟”的。

去年，Arm在其Github上發布了一個針對全體Cortex-M處理器的2D圖形加速庫——Arm-2D（暫定名）。在其Github倉庫的文檔中可以看出，Arm-2D致力于打造一層抽象層，為芯片供應廠商提供的硬件以及GUI廠商提供的圖形圖形庫之間的接口設立一層驅動標準。并且Arm-2D也提供了一系列的2D圖形加速API。

本文以移植Arm-2D到i.MX RT1050-EVKB并繪制一些圖形界面為例，動手部署。

二、準備工作

1. 工程下載

下載到本地后，將Arm-2D目錄（EndpointAI-main-arm-2d-developingKernelsResearchArm-2D）拷貝到我們的目標工程目錄下，這里我們選擇i.MX RT1050的SDK中elcdif_rgb工程，以IAR工程為例。打開IAR工程，將”Arm-2D”下的”Helper”和”Library”全部文件添加到工程中。

2. 環境配置

將”Arm-2D/Library/Include”和”Arm-2D/Helper/Include”添加到Include搜索路徑列表里，接著開始配置工程所需的選項。

在Arm-2D的官方介紹中，我們知道其依賴于CMSIS，并且需要CMSIS 5.7.0及以上的版本。

打開IAR的安裝位置，轉到armCMSIS位置下，點開readme_patch.txt查看是否是5.7.0及以上版本。若你的CMSIS版本為5.7.0以下，請下載新版本，以替換原CMSIS文件。

確定了足夠高的版本后，在工程配置中的”General Options-Library Configuration”中勾選上”USECMSIS”和”DSP Library”。

3.關鍵函數

Arm-2D只負責軟件層面的圖形操作，而硬件部分則需要我們自己實現，所以此處我們選用SDK中，已經實現好LCD初始化的elcdif_rgb工程進行部署。

我們所需要做的是，提供一個向LCD指定區域傳送位圖的函數。而i.MX RT1050自帶LCD控制器，則更方便實現所需的操作。

所需傳送位圖的函數如下：

/* i.MX RT1050-EVK */
#define GLCD_WIDTH     480
#define GLCD_HEIGHT    272

#define LCD_BASE_ADDR   0x81E00000  //m_ncache_start 
#define frame_buf         ((volatile uint16_t *)LCD_BASE_ADDR)

int32_t GLCD_DrawBitmap (uint32_t x, uint32_t y, uint32_t width, uint32_t height, const uint8_t *bitmap)
{
    volatile uint16_t *phwDes = frame_buf + y * GLCD_WIDTH + x;
    const uint16_t *phwSrc = (const uint16_t *)bitmap;
    for (int_fast16_t i = 0; i < height; i++) {
        memcpy ((uint16_t *)phwDes, phwSrc, width * 2);
        phwSrc += width;
        phwDes += GLCD_WIDTH;
    }
    return 0;    
}

以上可以直接用存儲器讀寫操作將需要傳送的位圖傳到LCD指定位置，其中顯示緩存的基地址是linker文件中的m_ncache_start。

參數‘x’和’y’描述需要在LCD中顯示的起始位置；參數’width’和’height’描述所傳位圖的尺寸；而參數’bitmap’則代表位圖數據。

三、圖形繪制

1. 畫第一個方塊

接下來嘗試利用Arm-2D進行圖形繪制了。

首先，原工程中保留硬件配置以及外設初始化的部分，將frameBuffer的操作去除。

接著，在需要用到Arm-2D的地方包含頭文件”arm_2d.h”，并在主函數中進行初始化，調用”arm_2d_init();”。此處，我們需要用到Arm-2D的PFB(partial framebuffer)，在需要用到PFB Helper的地方包含”arm-2d_helper.h”，建立一個PFB對象并利用其進行我們所需圖像的構建。

以下為PFB的初始化代碼：

static arm_2d_helper_pfb_t s_tExamplePFB;

    //! initialise FPB helper
    if (ARM_2D_HELPER_PFB_INIT( 
            &s_tExamplePFB,                 //!< FPB Helper object
            APP_IMG_WIDTH,                //!< screen width
            APP_IMG_HEIGHT,                //!< screen height
            uint16_t,                        //!< color date type
            PFB_BLOCK_WIDTH,               //!< PFB block width
            PFB_BLOCK_HEIGHT,              //!< PFB block height
            1,                              //!< number of PFB in the PFB pool
            {
                .evtOnLowLevelRendering = {
                    //! callback for low level rendering 
                    .fnHandler = &__pfb_render_handler,                         
                },
                .evtOnDrawing = {
                    //! callback for drawing GUI 
                    .fnHandler = &__pfb_draw_handler, 
                },
            }
        ) < 0) {
        //! error detected
        assert(false);
    }

在此函數中，可以設置在屏中顯示的大小、像素的數據類型、PFB的規格以及PFB的數量，并設置底層渲染函數” __pfb_render_handler”以及圖形繪制函數”__pfb_draw_handler”。

底層渲染函數” pfb_render_handler”用來將PFB中處理好的圖像數據渲染到屏幕的指定位置進行顯示：

static IMPL_PFB_ON_LOW_LV_RENDERING(__pfb_render_handler)
{
    const arm_2d_tile_t *ptTile = &(ptPFB->tTile);

    ARM_2D_UNUSED(pTarget);
    ARM_2D_UNUSED(bIsNewFrame);

    GLCD_DrawBitmap(ptTile->tRegion.tLocation.iX,
                    ptTile->tRegion.tLocation.iY,
                    ptTile->tRegion.tSize.iWidth,
                    ptTile->tRegion.tSize.iHeight,
                    ptTile->pchBuffer);

    arm_2d_helper_pfb_report_rendering_complete(&s_tExamplePFB, 
                                                (arm_2d_pfb_t *)ptPFB);
}

而圖形繪制函數”__pfb_draw_handler”則是利用Arm-2D庫里的各類API進行圖形的繪制。下面就在此函數中簡單繪制一個圖形以演示：

static IMPL_PFB_ON_DRAW(__pfb_draw_handler)
{
    ARM_2D_UNUSED(pTarget);
    ARM_2D_UNUSED(bIsNewFrame);

    arm_2d_region_t tBox = {
        .tLocation = {50,50},    //設定目標坐標
        .tSize = {200, 100},     //設定目標大小
    };
    //! 利用此函數向整個PFB填充白色
    arm_2d_rgb16_fill_colour(ptTile, NULL, 0xFFFF);
    //! 向指定box區域填充黑色
    arm_2d_rgb16_fill_colour(ptTile, &tBox, 0x0000);
    //! 更改box的坐標，大小不變
    tBox.tLocation.iX -= 10;
    tBox.tLocation.iY -= 10;
    //! 向修改后的box指定區域填充藍色，并且使用 50%(128/255)的透明效果
    arm_2d_rgb565_fill_colour_with_alpha(   
        ptTile, 
        &tBox, 
        (arm_2d_color_rgb565_t){0x001F},     //填充藍色
        128);      //!< 透明度

    return arm_fsm_rt_cpl;
}

以上就繪制了如下圖的一個簡單圖標：

這里是利用”arm_2d_rgb16_fill_colour”和” arm_2d_rgb565_fill_colour_with_alpha”兩個API進行矩形的繪制，可以看出這是16位RGB格式的色彩填充，當然庫中也提供了32位RGB格式以及8位圖的繪制函數；庫中還提供”arm_2dp_rgb16_draw_point”的畫點函數和”arm_2dp_rgb16_draw_pattern”的畫圖函數。當然，想做一個圖形驅動標準，肯定不止有draw這么基礎的能力，Alpha blending,Rotation等一系列圖形處理的功能都需要支持。

2. 做一個表盤界面

現在，將各項功能綜合運用起來，做一個圖形界面試試。

首先，掏出我們“祖傳”LOGO，將其轉化為特定格式的數組，用的是Arm-2D庫中提供的工具，具體位置為”EndpointAIKernelsResearchArm-2D ools”，用法也在其中，考慮到1050-EVK所用的屏幕為480*272，此處將logo圖壓縮成512*280（比屏幕大，可做出背景移動的效果）：”python img2c.py -i .logo.jpg --dim 512 280 --name logo”。

將生成的logo.c文件放到工程中。

除了背景，其余的表盤以及指針等圖像文件我們就用Arm-2D提供的例程里的。

在工程欄中新建”asset”分組，將” ..Arm-2Dexamplescommonasset”中除了”background.c”之外的c文件都選進去，并將之前生成的”logo.c”文件也加入其中，以logo圖作為本次的背景。這一步是將所需的貼圖都加進去。

接著，按照”watch_panel”的工程布局將需要的文件添加：”example_gui.c”和”example_gui.h”，并且依據工程修改主函數、補齊相關的配置。

1. 程序運行時，先進行相關的硬件配置及初始化操作，再進行Arm-2D的初始化” arm_2d_init()”，到這里都和上一節畫一個矩形是一樣的；
2. 接著，我們需要對繪制界面中刷新層進行初始化“example_gui_init()”，函數定義在“example_gui.c”中；
3. 進行PFB的配置，與上節不同的是，將” pfb_draw_handler”改成“pfb_draw_background_handler”，而” pfb_draw_handler”需要留到后面進行圖形繪制用；
4. 在PFB配置完成后，調用PFB任務“arm_2d_helper_pfb_task(&s_tExamplePFB,NULL)”，其中第二個參數為所需刷新的臟矩陣（DirtyRegions）區域，“NULL”則表示需要全屏刷新；
5. 調用圖形繪制函數“ARM_2D_HELPER_PFB_UPDATE_ON_DRAW_HANDLER(&s_tExamplePFB, &__pfb_draw_handler);”，其中繪制的部分都在“draw_handler”中的” example_gui_refresh”函數中，對之前添加進工程的貼圖進行各種操作就在這里進行，具體可見“example_gui.c”；
6. 最后，通過“while(1)”使程序運行在“display_task”中，對顯示屏指定區域的刷新、圖像的一些更新都在此實現。

經過以上的一通操作之后，效果如下動圖所示：

1. logo滾動背景利用一定范圍內不斷變換坐標的貼圖來實現；
2. 表盤利用”arm_2d_rgb565_alpha_blending_with_colour_masking”確定指定的透明度顏色蒙版來實現；
3. 兩個旋轉齒輪以及一根旋轉表針，通過” arm_2dp_rgb565_tile_rotation_with_alpha”區分透明度以及確定旋轉中心來分別實現。

四、總結

至此，基本的Arm-2D圖形繪制功能在i.MX RT1050-EVK上的實現就介紹完了。

本文只是簡單移植一個包含Arm-2D繪圖庫實現某些動畫效果的例子，已經可以看到其多樣的功能，至于更多的一些效果，留給我們的想象空間還很足......

本文只是開篇，后續，還會有對于Arm-2D在i.MX RT上更多的應用介紹。