不服跑个分！5块钱的国产单片机—Air32移植LVGL+FreeRTOS
合宙air32f103系列mcu自六月初量产上市以来，以优异性能和极致低价受到广大用户好评。特别是air32f103cct6芯片，64k ram+256k flash，可满足许多复杂应用需求。
最近luatos社区大神@principle，在air32f103cct6上移植lvgl+freertos并进行了跑分测试，我们一起来看看吧~
- 合宙air32跑分实测 -
文末【阅读原文】链接，获取最新资料。
1
合宙air32芯片选型
合宙air32系列芯片有不同容量型号可选，我选择了qfp48封装所能提供最大存储容量的air32f103cct6。
合宙luatos淘宝直营店
luat.taobao.com
air32f103cct6芯片相对于stm32f103大容量型号，主要有以下几个升级点：
● 216mhz的cortex-m3内核
可以稳定超频运行在256mhz，且运行在216mhz下时，全部flash区域仅需1个等待周期。
● 新增了一些外设
包括adc3/trng/tim9-tim14等；
● 对现有外设进行了增强
例如内置usb上拉电阻、gpio可以独立上下拉等。
2
移植freertos与lvgl
由于合宙air32系列能够兼容stm32，因此本代码基于stm32f1的标准库，并增加了air32的专有代码。
air32f103最新lvgl+freertos示例工程：
https://yuanze.wang/posts/air32-lvgl-freertos/
本工程针对air32f103cct6芯片，使用硬件spi+dma的方式驱动gc9306x控制器的320x240lcd屏幕，并支持双缓冲模式，几乎榨干了air32所有的性能。同时，使用rtos保证了dma传输过程中cpu能够进入休眠，降低系统功耗。
特别注意：
请使用较新版本的keil，旧版keil可能会出现编译的程序运行错误问题。
本工程经实测可使用keil5.36正常编译。
2.1 工程组件
本文所使用的工程组件均来自原汁原味的官方最新版，除了配置文件之外绝无任何魔改。
● freertos：
来自freertos官网中最新的lts 202012.04版本。
https://www.freertos.org/a00104.html
● lvgl：来自官网lvgl官方github仓库中最新的lvgl 8.3.1版本。
https://github.com/lvgl/lvgl/releases
2.2 注意事项
● 中断优先级：
air32的nvic中断优先级只有3位，而不是stm32的4位。若想使用stm32的标准库，则需要在freertosconfig.h头文件中修改__nvic_prio_bits默认的值。
c
#ifndef __freertos_config_h
#define __freertos_config_h
#include stm32f10x.h
#undef __nvic_prio_bits
#define __nvic_prio_bits 3
● air32专用pll库：
需要来自合宙的闭源pll库。为此，我将stm32原版的system_stm32f10x.c排除编译，然后实现了自己的systeminit()函数。该函数可以从合宙官方的sdk中获取。
▼上下滚动，查看全部▼
c
void systeminit (void)
{
rcc_deinit(); //复位rcc寄存器
rcc_hseconfig(rcc_hse_on); //使能hse
while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_hserdy) == reset); //等待hse就绪
rcc_pllcmd(disable); //关闭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就绪
rcc_sysclkconfig(rcc_sysclksource_pllclk); //选择pll作为系统时钟
rcc_hclkconfig(rcc_sysclk_div1); //配置ahb时钟
rcc_pclk1config(rcc_hclk_div2);//配置apb1时钟
rcc_pclk2config(rcc_hclk_div1); //配置apb2时钟
rcc_lsicmd(enable); //使能内部低速时钟
while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_lsirdy) == reset); //等待lsi就绪
rcc_hsicmd(enable); //使能内部高速时钟
while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_hsirdy) == reset); //等待hsi就绪
}
然后，将air.lib加入工程中，并自己定义air_rcc_pllconfig()函数的原型与systemcoreclock的值。
合宙air32支持比stm32标准库更高的rcc_pllmul_xx值，因此还需要将air32f10x.h中新增的pll值复制到自己的代码中，这样可以在使用熟悉的stm32标准库的同时，使用到air32的增强功能。
▼上下滚动，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新增的外设中断，请自行更换stm32的启动文件到air32的启动文件。
● keil编译器设置：
lvgl需要最低支持c99的编译器才能正确编译，因此需要开启keil ac5的c99模式。同时，为了减少生成固件的体积，建议选择最高级别的-o3优化。
2.3 组件库的裁剪与优化
由于芯片的ram空间有限，因此需要对芯片的ram空间进行一定的规划与优化。程序中占用ram较大的部分与相应的规划如下：
● 系统栈：
由于使用了freertos，各个task有其自己的任务栈，因此系统栈只有isr与main函数使用。
因此，在startup_stm32f10x_hd.s中将stack_size改为0x00000100，即256字节。
● 任务栈：
目前的代码中只有三个task，分别是lvgl task led task与idle task。
其中，led task与idle task都非常简单，为它们设置128字节的任务栈；lvgl task较为复杂，根据官方推荐的2-8k范围，设置为4k。
● lvgl堆：
lvgl的所有句柄都是动态内存，因此其自己维护了一个堆空间。堆空间的大小可以在lv_conf.h中的lv_mem_size中修改，您可以根据自己使用的ui复杂度对其进行修改。对于benchmark demo，12k即可满足要求。
● lvgl缓冲区：
lvgl需要将画面渲染到缓冲区中，之后再刷新到屏幕上。本工程支持单缓冲与双缓冲模式（可以在keil的target中选择），单缓冲模式使用1个240x40像素的缓冲区，双缓冲模式则使用2个240x40像素的缓冲区。使用双缓冲模式可以在dma控制器向屏幕写入一个缓冲区的数据时，cpu继续渲染到另一个缓冲区中，提升渲染效率，但会占用双倍的缓冲区。
同时，由于芯片的rom空间也有限，因此我裁剪了一些lvgl与freertos的功能。您可以在lv_conf.h与freertosconfig.h中自行开关它们。benchmarkdemo中包含了大量的字体与图像，因此导致最终编译生成的bin文件较大。只使用freertos与lvgl内核时，rom占用约120k。使用常用的控件后，还能剩余约100k空间给用户开发自己的应用。
3
运行效果及总结
接下来通过单缓冲模式及双缓冲模式实测数据，看看整体运行效果如何：
3.1 单缓冲模式
单缓冲模式的存储空间占用情况如下：
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)
单缓冲模式跑分结果：
3.2 双缓冲模式
双缓冲模式的存储空间占用情况如下：
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)
双缓冲模式跑分结果：
可以看出，单缓冲模式相比双缓冲模式节约了大量的ram，帧数却只下降了25%，因此单缓冲模式更具有实用意义。这主要是因为，在复杂ui界面下，瓶颈主要在cpu的运算速度上，而不是向屏幕写入缓冲区的io操作上。
● 实测总结：
5元钱的air32f103cct6确实具有了流畅运行lvgl的能力，并且还有100k左右的rom和超过20k的ram空间可用，这使得在air32f103上使用lvgl+freertos的同时开发复杂的用户程序成为了可能，我们又多了一个高性价比的国产mcu选择。
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合宙air32芯片选型
合宙air32系列芯片有不同容量型号可选，我选择了qfp48封装所能提供最大存储容量的air32f103cct6。
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air32f103cct6芯片相对于stm32f103大容量型号，主要有以下几个升级点：
● 216mhz的cortex-m3内核
可以稳定超频运行在256mhz，且运行在216mhz下时，全部flash区域仅需1个等待周期。
● 新增了一些外设
包括adc3/trng/tim9-tim14等；
● 对现有外设进行了增强
例如内置usb上拉电阻、gpio可以独立上下拉等。
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移植freertos与lvgl
由于合宙air32系列能够兼容stm32，因此本代码基于stm32f1的标准库，并增加了air32的专有代码。
air32f103最新lvgl+freertos示例工程：
https://yuanze.wang/posts/air32-lvgl-freertos/
本工程针对air32f103cct6芯片，使用硬件spi+dma的方式驱动gc9306x控制器的320x240lcd屏幕，并支持双缓冲模式，几乎榨干了air32所有的性能。同时，使用rtos保证了dma传输过程中cpu能够进入休眠，降低系统功耗。
特别注意：
请使用较新版本的keil，旧版keil可能会出现编译的程序运行错误问题。
本工程经实测可使用keil5.36正常编译。
2.1 工程组件
本文所使用的工程组件均来自原汁原味的官方最新版，除了配置文件之外绝无任何魔改。
● freertos：
来自freertos官网中最新的lts 202012.04版本。
https://www.freertos.org/a00104.html
● lvgl：来自官网lvgl官方github仓库中最新的lvgl 8.3.1版本。
https://github.com/lvgl/lvgl/releases
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● 中断优先级：
air32的nvic中断优先级只有3位，而不是stm32的4位。若想使用stm32的标准库，则需要在freertosconfig.h头文件中修改__nvic_prio_bits默认的值。
c
#ifndef __freertos_config_h
#define __freertos_config_h
#include stm32f10x.h
#undef __nvic_prio_bits
#define __nvic_prio_bits 3
● air32专用pll库：
需要来自合宙的闭源pll库。为此，我将stm32原版的system_stm32f10x.c排除编译，然后实现了自己的systeminit()函数。该函数可以从合宙官方的sdk中获取。
▼上下滚动，查看全部▼
c
void systeminit (void)
{
rcc_deinit(); //复位rcc寄存器
rcc_hseconfig(rcc_hse_on); //使能hse
while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_hserdy) == reset); //等待hse就绪
rcc_pllcmd(disable); //关闭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就绪
rcc_sysclkconfig(rcc_sysclksource_pllclk); //选择pll作为系统时钟
rcc_hclkconfig(rcc_sysclk_div1); //配置ahb时钟
rcc_pclk1config(rcc_hclk_div2);//配置apb1时钟
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while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_lsirdy) == reset); //等待lsi就绪
rcc_hsicmd(enable); //使能内部高速时钟
while (rcc_getflagstatus(rcc_flag_hsirdy) == reset); //等待hsi就绪
}
然后，将air.lib加入工程中，并自己定义air_rcc_pllconfig()函数的原型与systemcoreclock的值。
合宙air32支持比stm32标准库更高的rcc_pllmul_xx值，因此还需要将air32f10x.h中新增的pll值复制到自己的代码中，这样可以在使用熟悉的stm32标准库的同时，使用到air32的增强功能。
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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新增的外设中断，请自行更换stm32的启动文件到air32的启动文件。
● keil编译器设置：
lvgl需要最低支持c99的编译器才能正确编译，因此需要开启keil ac5的c99模式。同时，为了减少生成固件的体积，建议选择最高级别的-o3优化。
2.3 组件库的裁剪与优化
由于芯片的ram空间有限，因此需要对芯片的ram空间进行一定的规划与优化。程序中占用ram较大的部分与相应的规划如下：
● 系统栈：
由于使用了freertos，各个task有其自己的任务栈，因此系统栈只有isr与main函数使用。
因此，在startup_stm32f10x_hd.s中将stack_size改为0x00000100，即256字节。
● 任务栈：
目前的代码中只有三个task，分别是lvgl task led task与idle task。
其中，led task与idle task都非常简单，为它们设置128字节的任务栈；lvgl task较为复杂，根据官方推荐的2-8k范围，设置为4k。
● lvgl堆：
lvgl的所有句柄都是动态内存，因此其自己维护了一个堆空间。堆空间的大小可以在lv_conf.h中的lv_mem_size中修改，您可以根据自己使用的ui复杂度对其进行修改。对于benchmark demo，12k即可满足要求。
● lvgl缓冲区：
lvgl需要将画面渲染到缓冲区中，之后再刷新到屏幕上。本工程支持单缓冲与双缓冲模式（可以在keil的target中选择），单缓冲模式使用1个240x40像素的缓冲区，双缓冲模式则使用2个240x40像素的缓冲区。使用双缓冲模式可以在dma控制器向屏幕写入一个缓冲区的数据时，cpu继续渲染到另一个缓冲区中，提升渲染效率，但会占用双倍的缓冲区。
同时，由于芯片的rom空间也有限，因此我裁剪了一些lvgl与freertos的功能。您可以在lv_conf.h与freertosconfig.h中自行开关它们。benchmarkdemo中包含了大量的字体与图像，因此导致最终编译生成的bin文件较大。只使用freertos与lvgl内核时，rom占用约120k。使用常用的控件后，还能剩余约100k空间给用户开发自己的应用。
3
运行效果及总结
接下来通过单缓冲模式及双缓冲模式实测数据，看看整体运行效果如何：
3.1 单缓冲模式
单缓冲模式的存储空间占用情况如下：
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)
单缓冲模式跑分结果：
3.2 双缓冲模式
双缓冲模式的存储空间占用情况如下：
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)
双缓冲模式跑分结果：
可以看出，单缓冲模式相比双缓冲模式节约了大量的ram，帧数却只下降了25%，因此单缓冲模式更具有实用意义。这主要是因为，在复杂ui界面下，瓶颈主要在cpu的运算速度上，而不是向屏幕写入缓冲区的io操作上。
● 实测总结：
5元钱的air32f103cct6确实具有了流畅运行lvgl的能力，并且还有100k左右的rom和超过20k的ram空间可用，这使得在air32f103上使用lvgl+freertos的同时开发复杂的用户程序成为了可能，我们又多了一个高性价比的国产mcu选择。
富士晶振正式入驻得捷电子和艾睿
腕表式个人剂量仪是业内首款穿戴式健康与辐射为一体的智能终端
毫米波雷达和激光雷达的对比
恒温恒湿试验箱你了解多少？
国内模拟芯片行业解析
不服跑个分！5块钱的国产单片机—Air32移植LVGL+FreeRTOS
最全面的Python字符串拼接总结说明
融地智能携手任超博士，共筑数字化MOM与智能化AI新篇章！
智能工具的广泛应用，将人类带向了数据驱动的智能时代
人工智能为什么会引发人类深刻的医疗革命
苹果的新车或将由鸿海代工，最早会在2024年底发布
基于嵌入式Qt的车载GUI平台的设计详解
NMOS管应用电路设计
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采用SIEMENS S7-200小型PLC在复合机张力控制系统中的应用
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