工程师笔记|TouchGFX图形应用在亮屏时的低功耗实现

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。

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：

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

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：

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。