LCD-TFTdisplaycontroller(LTDC)onSTM32MCUs.pdf

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LCD-TFT显示屏控制器（LTDC）在STM32微控制器上的应用随着移动、工业和消费类应用的发展，图形用户界面（GUIs）的需求日益增强，对硬件资源的要求也在增加。这些应用需要更高质量的图形，更多的硬件和软件资源（如用于图形原语或帧缓冲区的内存），以及更高的处理性能。为了应对这种不断增长的需求，通常会使用微处理器单元，但这会导致成本上升，设计复杂度增加，上市时间延长。为了解决这些问题，STM32微控制器（MCUs）提供了一个大型图形产品组合。 STM32 MCUs内置的LCD-TFT显示控制器（LTDC）可以直接驱动高分辨率的显示面板，无需CPU介入。此外，LTDC可以自主访问内部或外部存储器来获取像素数据，从而减轻了CPU的负担。这一特性使得STM32 MCUs成为实现高效图形处理的理想选择。本应用笔记详细介绍了以下STM32 MCUs的LCD-TFT显示控制器，并演示了如何使用和配置LTDC外设。同时，它还强调了一些硬件、软件和架构方面的考虑，以实现最佳的图形性能。适用的产品包括： - STM32F429/439和STM32F469/479系列 - STM32F7x6, STM32F7x7, STM32F7x8 和 STM32F7x9系列 - STM32H7A3/B3, STM32H742, STM32H743/753, STM32H745/755, STM32H747/757系列 - STM32H7B0, STM32H750 Value系列 - STM32L4+系列，包括STM32L4R/S和STM32L4P/Q 文档内容涵盖了显示和图形概述，基本图形概念，LTDC控制器的功能和结构，以及如何配置LTDC以实现最佳性能。它还可能涉及色彩管理、帧缓冲区管理、同步信号设置、层配置、颜色格式转换、Alpha混合和图层叠加等主题。 LTDC的主要功能包括： 1. 支持多层显示，允许在屏幕上同时显示多个图像源。 2. 提供多种颜色格式支持，以适应不同的显示需求。 3. 内置硬件加速器，用于处理复杂的图形操作，如alpha混合和色彩空间转换。 4. 自动刷新机制，确保连续无闪烁的图像显示。 5. 可编程的时序控制器，适应不同类型的LCD面板时序要求。 6. 支持外部存储器接口，扩展显示数据的存储能力。配置LTDC时，开发者需要考虑的关键因素包括： - 选择合适的时序参数以匹配LCD面板。 - 分配足够的帧缓冲区以避免滚动或撕裂现象。 - 配置适当的层属性，如透明度、位置和大小。 - 确保正确的中断和事件设置，以便在显示更新完成后执行其他任务。通过充分利用STM32 MCUs的LTDC特性，开发者能够创建具有丰富图形功能的应用，同时保持低功耗和高性能，适用于各种嵌入式系统，包括工业控制面板、消费电子设备和移动设备等。

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July 2020 AN4861 Rev 3 1/96

AN4861

Application note

LCD-TFT display controller (LTDC) on STM32 MCUs

Introduction

The evolution of the mobile, industrial and consumer applications leads to a stronger need

of graphical user interfaces (GUIs) and to an increase in the required hardware resources.

These applications require higher quality graphics, more hardware and software resources

(like memory for graphical primitives or framebuffer) and higher processing performances.

To respond to this increasing demand, microprocessor units are often used, which leads to a

higher costs and to more complex designs with longer time to market. To face these

requirements, the STM32 microcontrollers (MCUs) offer a large graphical portfolio.

Thanks to their embedded LCD-TFT display controller (LTDC), the STM32 MCUs allow

high-resolution display panels to be directly driven, without any CPU intervention. In

addition, the LTDC can access autonomously to internal memories or external memories to

fetch pixel data.

This application note describes the LCD-TFT display controller of the STM32 MCUs listed in

the table below, and demonstrates how to use and configure the LTDC peripheral. It also

highlights some hardware, software and architectural considerations to obtain the best

graphical performances.

The STM32 products are named as follows in this application note:

• STM32F4x9

• STM32F7x6/7/8/9

• STM32H7A3/B3 and STM32H7B0

• STM32H742/43/45/47/53/55/57 and STM32H750

• STM32L4+ or STM32L4R/S and STM32L4P/Q

Table 1. Applicable products

Type Products

MCUs

STM32F429/439 and STM32F469/479 lines

STM32F7x6, STM32F7x7, STM32F7x8 and STM32F7x9 lines

STM32H7A3/B3, STM32H742, STM32H743/753, STM32H745/755, STM32H747/757 lines

STM32H7B0, STM32H750 Value lines

STM32L4+ Series

www.st.com

Contents AN4861

2/96 AN4861 Rev 3

Contents

1 Display and graphics overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.1 Basic graphics concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2 Display interface standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.3 Display interfaces supported by STM32 MCUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 Overview of LTDC controller and STM32 MCUs graphical portfolio . 14

2.1 LCD-TFT display controller on STM32 MCUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2 LTDC and graphic portfolio across STM32 MCUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3 LTDC in a smart architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4 Advantages of using an STM32 LTDC controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3 LCD-TFT (LTDC) display controller description . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1 Functional description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1.1 LTDC clock domains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1.2 LTDC reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2 Flexible timings and hardware interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2.1 LCD-TFT pins and signal interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2.2 Fully programmable timings for different display sizes . . . . . . . . . . . . . 22

3.3 Two programmable LTDC layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.1 Flexible window position and size configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.2 Programmable layer: color framebuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.4 Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.5 Low-power modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4 Creating a graphical application with LTDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.1 Determining graphical application requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2 Checking the display size and color depth compatibility

with the hardware configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2.1 Framebuffer memory size requirements and location . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2.2 Checking display compatibility considering the memory

bandwidth requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2.3 Check the compatibility of the display panel interface with the LTDC . . 44

4.3 STM32 package selection guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

AN4861 Rev 3 3/96

AN4861 Contents

4.4 LTDC synchronization with DMA2D and CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.4.1 DMA2D usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.4.2 LTDC and DMA2D/CPU synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.5 Graphic performance optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.5.1 Memory allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.5.2 Optimizing the LTDC framebuffer fetching from external memories

(SDRAM or SRAM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.5.3 Optimizing the LTDC framebuffer fetching from SDRAM . . . . . . . . . . . . 52

4.5.4 Framebuffer content update during balnking period . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.6 Special recommendations for Cortex-M7 (STM32F7/H7) . . . . . . . . . . . . 53

4.6.1 Disable FMC bank1 if not used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.6.2 Configure the memory protection unit (MPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.7 LTDC peripheral configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.7.1 Display panel connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.7.2 LTDC clocks and timings configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.7.3 LTDC layers configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.7.4 Display panel configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.8 Storing graphic primitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.8.1 Converting images to C files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.9 Hardware considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5 Saving power consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6 LTDC application examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.1 Implementation examples and resources requirements . . . . . . . . . . . . . . 65

6.1.1 Single-chip MCU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.1.2 MCU with external memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.2 Example: creating a basic graphical application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.2.1 Hardware description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.2.2 How to check if a specific display size matches the

hardware configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

6.2.3 LTDC GPIOs configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.2.4 LTDC peripheral configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.2.5 Display an image from the internal Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.2.6 FMC SDRAM configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.2.7 MPU and cache configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.3 Reference boards with LCD-TFT panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

AN4861 Rev 3 5/96

AN4861 List of tables

List of tables

Table 1. Applicable products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Table 2. Display interfaces supported by STM32 MCUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Table 3. STM32 MCUs embedding an LTDC and their available graphic portfolio . . . . . . . . . . . . . 15

Table 4. Advantages of using STM32 MCUs LTDC controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Table 5. LTDC interface output signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Table 6. LTDC timing registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Table 7. LTDC interrupts summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Table 8. LTDC peripheral state versus STM32 low-power modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Table 9. Framebuffer size for different screen resolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Table 10. STM32F4x9 maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Table 11. STM32F7x6/7/8/9 maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Table 12. STM32H742/43/45/47/53/55/57 and STM32H750

maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Table 13. STM32H7A3/B3 and STM32H7B0 maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Table 14. STM32L4+ maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Table 15. STM32L4P/Q maximal supported pixel clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Table 16. Example of supported display resolutions

in specific STM32 hardware configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Table 17. STM32 packages with LTDC peripheral versus RGB interface availability . . . . . . . . . . . . 45

Table 18. LCD-TFT timings extracted from ROCKTECH RK043FN48H datasheet . . . . . . . . . . . . . 60

Table 19. Programming LTDC timing registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Table 20. Example of graphic implantations with STM32

in different hardware configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Table 21. STM32 reference boards embedding LTDC and

featuring an on-board LCD-TFT panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Table 22. Frequently asked questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Table 23. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

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