从外部RAM运行图形
本节介绍如何计算下图所示典型配置的图形性能。 示例采用1024x600像素的高分辨率24位RGB-TFT显示屏，帧缓存为16bpp格式并存储于外部32位SDRAM中。 图形资源存储在外部OSPI NOR Flash中。
示例中使用的配置图示
目标
- 为开发人员提供分步指导，帮助其更好地理解和评估图形用户界面应用的系统性能。
- 验证所选显示屏及其需求是否能在指定系统配置下持续运行。
- 明确在定义的子系统范围内可开发何种复杂程度的GUI。
步骤1：显示屏规格
STM32H7S78探索套件采用的显示屏型号为MB1860。 探索套件的BOM链接见此处。 探索套件显示屏的分辨率为800×480像素，低于本例中的配置。 本例的显示屏规格如下：
- 显示高度：600 px
- 显示宽度：1024 px
- 显示器刷新率：60 Hz
- 显示消隐区占比*：通常约10%
*显示消隐区包含所有非活跃像素。 主要由LTDC的 porch区域构成。
步骤2：显示屏需求与像素时钟计算
本步骤需计算显示需求，以确认所选MCU和存储器能否满足显示规格要求。
根据上述分辨率，总像素数为：
像素高度 × 像素宽度 = 600 px × 1024 px = 614400 px
显示屏刷新率为60Hz (1000ms/60 = 16 ms)，因此LTDC需要每16ms从帧缓存读取数据并发送至显示屏。 不考虑消隐区时，维持60 Hz刷新所需的系统 (RAM) 带宽可通过以下公式计算：
总像素数 × 刷新率 × 帧缓存色深 (RGB565)
614,400 px × 60 Hz × 16 bpp = 589,824,000 bit/s = 589.82 Mbps
60Hz 刷新率所需的像素时钟频率计算如下：
(总像素数 × 刷新率 × (消隐区占比% / 100 + 1))/ 1000000
(614400 px × 60 Hz × (10 / 100 + 1)) / 1000000 = 40.55 MHz像素时钟
Caution
像素时钟不得超过LTDC支持的最大值。 有关不同配置下最大像素时钟的概述，请查阅[LTDC应用笔记AN4861] (https://www.st.com/resource/zh/application_note/an4861-lcdtft-display-controller-ltdc-on-stm32-mcus-stmicroelectronics.pdf)。 STM32H7R/S的最大像素时钟详情请参见表13。
STM32H7R/S支持的最大像素时钟详见下方插入的LTDC应用笔记表13。
STM32H7R3/7S3和STM32H7R7/7S7支持的最大像素时钟
步骤3：帧缓存和存储器策略
本例采用32位宽FMC接口连接外部32位SDRAM，运行频率为100 MHz，并采用双帧缓存策略。 此外，开发人员还可选用16位SDRAM或200MHz DTR模式的4/8/16位串行RAM（如Hyper RAM和串行PSRAM）。
所有外部存储器均需额外周期启动操作，本例假设SDRAM效率约为80%。
步骤4：帧缓存性能
当前后缓存位于不同RAM库时，理论RAM吞吐量公式为：
接口位宽 × 接口频率 = Mbit/s
32 bit × 100 MHz = 3200 Mbps = 400 MB/s
然而，此吞吐量是基于RAM以100%的效率运作的假设。 若考虑步骤3中的估计效率，实际吞吐量为：
3200 Mbps × 0.8 = 2560 Mbps = 320 Mbyte/s
步骤5：计算显示更新后的剩余带宽
前文可知显示屏需要589.82 Mbps带宽，而外部RAM吞吐量为2560 Mbps。 现在让我们计算可用于屏幕渲染/动画的剩余带宽。
2560 Mbps - 589.82 Mbps = 1970.18 Mbps = 246.27 MByte/s
总体而言，示例系统在维持显示更新的同时，还可为额外动画和UI图层提供约1970 Mbps剩余带宽。
步骤6：UI渲染性能（GUI 帧率）
在此UI用例中，我们的目标是实现60FPS的GUI渲染。 这意味着系统必须在16 ms内渲染并传输新帧。 此外，对于某些高级UI动画可接受帧率降至30FPS，以确保整体流畅的用户体验。
让我们计算每帧缓存片的性能，即每帧（每16 ms）可渲染的数据量。 首先取剩余帧缓存带宽1970 Mbps除以60FPS。
1970 Mbps / 60FPS = 每帧32.8 Mbps（60FPS约16 ms）。
计算结果表明，系统需在每16 ms周期内完成32.8 Mbps的数据吞吐，以满足UI的实时渲染和更新需求。
初始配置图示的步骤2展示了用于修改/更新UI的额外渲染流程。 由于帧缓存采用16 bpp格式，所有帧缓存操作均以16 bpp执行。 因此在帧缓存中写入单个像素将占用16位SDRAM带宽。 若需混合像素，NeoChrom GPU将首先从帧缓存读取该像素。 完成像素混合（修改）后再写回帧缓存。 这意味着系统执行读取-修改-写入操作需传输两次16位数据，共占用32位SDRAM带宽（16位读取 + 16位写入），如下图所示。
帧缓存读取-修改-写入操作示意图
基于此，可计算单帧周期内可处理的像素数量：
32.8 Mbps/帧/ 16 bpp = 205万像素
为提供直观参考，进一步计算单帧周期内可完成的全屏操作次数：
205万像素/ 614000像素 = 3.34次
这意味着系统可以先绘制全屏色块，再与第二个色块混合（16 bpp写入+ 16 bpp读取+ 16 bpp写入）。 然后进一步与覆盖17%屏幕的第三色块混合（34%带宽/2）。
如步骤6开头所述，部分高级UI动画可接受帧率降至30FPS。 这意味着相比60FPS，可用带宽翻倍，单帧全屏操作次数可提升至：
3.34 × 2 = 6.68次
单帧可执行的全屏操作次数无法一概而论，这很大程度上取决于UI的复杂程度。 此外需考虑外部RAM是否需用于帧缓存之外的其他用途。 但对多数应用而言，合理的基准应保持3次以上全屏操作能力。
STM32H7S78-DK开发板采用800×480分辨率的RGB TFT显示屏，其16位帧缓存存储于外部16位串行PSRAM中，工作于200MHz双倍传输速率 (DTR) 模式，理论传输带宽可达800 MB/s（工作效率100%时）。 相较于SDRAM，该串行PSRAM在初始化阶段需要更多时钟周期，导致内存初始化效率较低（有关串行RAM性能的详细信息，请参见AN6062）。 上述示例和计算表明，在此分辨率下，系统完全能够支持复杂UI的实时渲染，并稳定保持60FPS的刷新率性能。
TouchGFX Demo提供了另一个典型参考案例，其复杂UI支持RAM和Flash存储器的双频工作模式配置。
Further reading
注意
需注意，上述计算仅基于RAM带宽分析，未考虑实际可用计算能力。 同时，相关计算结果建立在RAM效率假设基础上。 尽管这些假设有依据，但仍属于理论范畴。
尽管存在局限性，本示例中的分析方法仍可为性能评估提供有效参考。
词汇表
- 读取-修改-写入：读取内存数据、修改、写回的操作过程。
- 像素时钟：像素传输到显示器的频率，决定屏幕的刷新率和分辨率。 即显示控制器向面板发送像素数据的速度。
- 帧缓存：存储显示位图的RAM区域。 显示控制器从中读取像素值。 所有渲染操作均作用于该区域。
- 消隐区：显示无效像素的总和。 主要由LTDC的 porch区域构成。
- FMC：可变存储控制器。 管理CPU与各类存储器（如SRAM、NOR、NAND和SDRAM）之间接口的硬件组件。 本例中用于控制外部SDRAM。
- XSPI：扩展SPI接口。 SPI的高级版本，支持更高的数据传输速率及增强外设通信功能。 本例中用于连接外部NOR Flash。 详见wiki说明。
- 存储器协议开销：管理内存与处理器之间的通信和数据传输所需的额外时间和资源，包括错误校验、握手协议和寻址等任务。 这种开销会影响系统的整体性能。
- DTR：双倍传输速率。 数据在时钟上升沿和下降沿传输。 从而实现带宽倍增。