在當今MCU嵌入式系統(tǒng)中，需要高端GUI顯示的場景越來越多。當產(chǎn)品中使用較高分辨率的RGB LCD時，傳統(tǒng)的Ping-pong buffer方案使得對RAM空間的要求非常高。這時MCU 片內(nèi)RAM已經(jīng)不夠用，所以往往需要再搭配使用一個片外的RAM。不管是外掛PSRAM還是SDRAM，都會讓產(chǎn)品BOM高不少。尤其是當今SDRAM的價格已經(jīng)漲飛天，如果能只使用單緩沖放在片內(nèi)RAM，那實在是太棒了！我們開發(fā)了GUI xTurbo - eSingle Buffer，讓你拋棄SDRAM（或PSRAM），進一步降低BOM。在嵌入式系統(tǒng)中，圖形界面（GUI）的流暢度往往決定了產(chǎn)品的使用體驗。然而，許多開發(fā)者在實際項目中都會遇到一個常見問題：GUI 刷新速度看起來很慢，甚至出現(xiàn)明顯的畫面撕裂。造成這些現(xiàn)象的根本原因，通常并不是 MCU 性能不足，而是LCD 與顯存刷新機制之間的同步問題。

為了解決上述痛點，GUI xTurbo 提出了一個基于單緩沖的全新優(yōu)化思路，在避免撕裂的同時進一步降低資源占用，如下圖。傳統(tǒng)方案通常需要使用Ping-pong Buffer（雙緩沖）如圖1，或者Multi Buffer（一般是三緩沖）如圖2。從而在LCD完成當前幀刷新后再輸出下一幀。

Ping-pong Buffer : Buffer A作為顯示Buffer，Buffer B作為離屏Buffer。當Buffer B渲染完成，并且Buffer A已經(jīng)顯示完成之后。顯示Buffer切到Buffer B，離屏Buffer切到Buffer A。

圖1 Ping-pong Buffer在片外RAM

Multi Buffer:在Ping-pong Buffer的基礎上。Buffer A作為顯示Buffer，Buffer B和Buffer C都作為離屏buffer。

圖2 Multi Buffer在片外RAM

因此常規(guī)應用當中，MCU需要外擴一個片外RAM來存放幀緩沖。例如RGB565的800 x 480的屏，一個full-size buffer需要的RAM大小為800 x 480 x 2 = 768000 Bytes。所以，如果使用雙緩沖技術，則需要1.5 Mbytes大小的RAM。這時通常在IMXRT系列（如RT1040或RT1060）上可以外擴PSRAM或SDRAM。

那么為了降低BOM成本，能否僅僅使用單個Buffer放在片內(nèi)的RAM上如圖3，并且防止撕裂的產(chǎn)生？

圖3 Single Buffer在OCRAM

先從TFT LCD顯示器本身的畫面掃描刷新原理說起。TFT LCD的圖像是由像素點組成的，這些像素點組成陣列。整個屏幕刷新一遍稱為一個“幀”。圖像的每一幀從屏幕的第一行開始刷新，然后依次向下刷新每一行。每一行的像素會在一個很短的時間內(nèi)被更新。

圖4 在800 x 480分辨率的屏幕上顯示2個“NXP”圖標

傳統(tǒng)方案使用ping-pong buffer防止撕裂，是讓畫面的顯示和渲染分別在不同的幀buffer上進行。顯示則是eLCDIF把RAM上的數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD上，而渲染則是MCU往RAM寫數(shù)據(jù)。所以即使只使用Single Buffer，只要數(shù)據(jù)在當前像素刷新前寫入到RAM，就可以避免撕裂。

比如，在當前畫面中我們需要更新2個”NXP”的圖標，分別在0~240行和240行~480行。當eLCDIF刷新到240行后，把第一個圖標寫入RAM，如圖5。隨后當eLCDIF刷新到480行后，再把第二個圖標寫入RAM，如圖6。

圖5 當eLCDIF刷新到240行后，把第一個圖標寫入RAM

圖6 當eLCDIF刷新到480行后，把第二個圖標寫入RAM

我們基于LVGL實現(xiàn)了這個思路。在RT1060-EVK上，使用800 x 480分辨率的RGB LCD。我們把Single Buffer放在片內(nèi)的768KB OCRAM上。并且基于針對IMXRT的專門優(yōu)化，在LVGL9 Benchmark的測試如圖7：

圖7 eSingle Buffer性能對比Ping-pong Buffer

通過圖7，基于同樣的代碼優(yōu)化，可以看到eSingle Buffer的渲染速度強于Ping-pong Buffer。得益于Single Buffer放置在片內(nèi)OCRAM，而OCRAM讀寫性能強于SDRAM。 并且不再需要像Ping-pong Buffer一樣，等待當前幀顯示完。并且在GUI-Guider-1.10.0中已經(jīng)集成該功能。

傳統(tǒng) GUI 系統(tǒng)為了避免 RGB LCD 刷新帶來的撕裂問題，普遍依賴雙緩沖或多緩沖機制。然而這些方案雖然有效，卻不可避免地帶來更高的顯存占用與帶寬壓力。GUI xTurbo 的單緩沖優(yōu)化方案，則從刷新機制本身入手，以更輕量的方式實現(xiàn)流暢顯示，不僅降低了資源需求，也為中低端 MCU 的 GUI 性能釋放了更大潛力。

隨著顯示分辨率不斷提升、用戶對界面流暢度的要求日益增長，如何在有限硬件條件下實現(xiàn)更高效的 GUI，將成為越來越重要的課題。基于單緩沖的創(chuàng)新方法，為業(yè)界提供了一條新的思路，也為未來嵌入式顯示技術的發(fā)展打開了更多可能性。

下篇會介紹如何在GUI-Guider中使用該功能。