抽象层架构

如前一节所述，TouchGFX AL具有一套特殊的职责。职责要么在AL (HAL)的硬件部分实现，要么在与TouchGFX Engine同步的AL部分实现，典型的做法是通过RTOS (OSAL)来实现。下表总结了这些在前一节中概述的职责：

职责	操作系统或硬件
将TouchGFX Engine主循环与显示屏传输同步	操作系统与硬件
报告触摸与物理按钮事件	硬件
同步帧缓冲访问	操作系统
报告下一个可用的帧缓冲区	硬件
执行渲染操作	硬件
处理到显示屏的帧缓冲传输	硬件

以下每个小节重点介绍履行上述职责应采取的措施。对于定制硬件平台，STM32CubeMX中的TouchGFX Generator可以生成大多数AL和相应的TouchGFX工程。 AL开发人员必须手动实现其余部分，这此部分会通过代码注释提示，并通过TouchGFX Generator通知。在下一节中阅读有关TouchGFX Generator的更多信息。

抽象层类

TouchGFX引擎通过具体的子类和类实现文件(.cpp)来访问TouchGFX AL，实现了TouchGFX 引擎中定义的类成员函数。这些子类和类实现文件由TouchGFX Generator生成。 TouchGFX Generator既可以生成反映STM32CubeMX配置的HAL部分，也可以生成所用RTOS的OSAL。请阅读TouchGFX Generator章节，以获取更多详细信息。通常，HAL的架构如下图所示。

生成的代码的层次结构

将TouchGFX Engine主循环与显示屏传输同步

此步骤背后的主要思想是，在渲染完成后阻塞TouchGFX 引擎主循环，从而确保不再产生其他帧。一旦显示准备就绪，OSAL向被阻塞的Engine主循环发出信号，以继续产生显示帧。

为履行该职责，TouchGFX AL的典型方法是利用渲染完成引擎钩子和显示就绪中断，如抽象层的职责中所述。 OSAL定义了OSWrappers::signalVSync函数，开发人员可调用此函数给引擎发送信号量。

Tip
TouchGFX Generator可以为CMSIS V1、CMSIS V2、ThreadX以及不使用RTOS时创建完整的OSAL。

渲染完成

渲染完成后，TouchGFX Engine调用渲染完成钩子、OSWrappers::waitForVSync。

在实现此OSAL方法时，抽象层必须阻塞图形引擎，直至渲染下一帧。实现该阻塞的标准方法是阻止从消息队列进行读取。如果此方法不可行，则HAL开发人员可自由使用任何方法来实现该阻塞。

Tip
如果没有此类软件，TouchGFX Generator也可以生成一个使用自旋锁来等待，而非使用RTOS基元的空OSAL。

当OSWrappers::signalVSync发出信号时(或用于OSWrappers::waitForVSync的信号量/队列发出信号时) ，TouchGFX将开始渲染下一个应用帧。基于CMSIS V2的以下代码会造成TouchGFX Engine阻塞，直至某元素被系统的另一个部分(通常为与显示同步的中断) 添加到队列中。

OSWrappers.cpp (CMSIS V2)

static osMessageQueueId_t vsync_queue = NULL; //Queue identifier is assigned elsewhere

void OSWrappers::waitForVSync()
{
    uint32_t dummyGet;
    // First make sure the queue is empty, by trying to remove an element with 0 timeout.
    osMessageQueueGet(vsync_queue, &dummyGet, 0, 0);

    // 然后等待下一次VSYNC。
    osMessageQueueGet(vsync_queue, &dummyGet, 0, osWaitForever);
}

如果未使用RTOS，TouchGFX Generator使用易失性变量为waitForVSync提供以下实现。

OSWrappers.cpp (No OS)

static volatile uint32_t vsync_sem = 0;

void OSWrappers::waitForVSync()
{
    if(vsync_sem)
    {
        vsync_sem = 0;
        // Signal TouchGFX to start rendering next frame
        ...
    }
}

Tip
在TouchGFX Engine等待生成下一帧时，其他任务可以执行重要的工作。

显示就绪

用于解除主循环阻塞的显示就绪信号应来自显示控制器、显示屏本身或是硬件定时器的中断。信号源取决于显示屏类型。

OSWrappers类为该信号定义了一个函数：OSWrappers::signalVsync 该函数的实现必须通过满足OSWrappers::waitForVSync中使用的等待条件来解锁主循环阻塞。

继续上面的CMSIS RTOS示例，以下代码将消息放入队列vsync_queue中，此消息队列将解除对TouchGFX Engine的阻塞。

OSWrappers.cpp (CMSIS V2)

void OSWrappers::signalVSync()
{
    osMessageQueuePut(vsync_queue, &dummy, 0, 0);
}

该OSWrappers::signalVSync方法必须在硬件层面上通过LTDC、显示屏的外部信号或硬件定时器等的中断调用。

如果不使用RTOS，则使用变量，并分配一个非零值以打破while循环。

OSWrappers.cpp (No OS)

void OSWrappers::signalVSync()
{
    vsync_sem = 1;
}

报告触摸与物理按钮事件

在渲染新帧之前，TouchGFX Engine从TouchController和ButtonController接口收集外部输入。

触摸坐标

通过引擎将触摸控制器的坐标转换为点击、拖动和手势事件，并传递至应用程序。

TouchGFX 引擎访问触摸控制器的方式是通过传递触摸类的实现

以下代码由TouchGFX Generator生成:

TouchGFXConfiguration.cpp

static STM32TouchController tc;
...
static TouchGFXHAL hal(dma, display, tc, 390, 390);

在TouchGFX Engine渲染周期中，在收集输入时，引擎调用tc对象上的sampleTouch()函数。

bool STM32TouchController::sampleTouch(int32_t& x, int32_t& y)

AL开发人员提供的实现函数应将读取的触摸坐标值分配给x和y，并返回是否检测到触摸（真或假）。

Tip
TouchGFX Generator将生成一个将TouchController接口函数定义为空的类。 HAL开发人员必须填入具体实现代码。

有多种实现此函数的方法：

在sampleTouch() 中轮询：通过发送请求并轮询结果，从硬件触摸控制器(通常为I2C) 读取触摸状态。这会影响应用程序的总体渲染时间，因为I2C往返传输通常长达1ms，在此期间，图形引擎会被阻塞。
基于中断：另一种可能是使用中断。 I2C读取命令由定时器定期启动，或作为对触摸硬件外部中断的响应而启动。按钮控制器接口touchgfx::ButtonController可用于将硬件信号(按钮或其他) 映射到应用程序事件。以下STM32TouchController.cpp(由TouchGFX Generator创建) 代码显示了sampleTouch如何查找带RTOS的系统:

STM32TouchController.cpp

bool STM32TouchController::sampleTouch(int32_t& x, int32_t& y)
{
    if (osMessageQueueGet(mid_MsgQueue, &msg, NULL, 0U) == osOK)
    {
        x = msg.x;
        y = msg.y;
        return true;
    }
    return false;
}

将在TouchGFX Generator的下一章中概述此文件的位置

其他外部事件

按钮控制器接口touchgfx::ButtonController可用于将硬件信号(按钮或其他) 映射到应用程序事件。可在TouchGFX Designer中配置对这些事件的反应。

该接口的使用与上述触摸控制器类似，只是并非必须具有ButtonController。要使用该接口，请创建一个实现ButtonController接口的类实体，并将参数传递至HAL实体:

MyButtonController.cpp

class MyButtonController : public touchgfx::ButtonController
{
  bool sample(uint8_t& key)
  {
    ... //Sample IO, set key, return true/false
  }
};

TouchGFXHAL.cpp

static MyButtonController bc; 
void TouchGFXHAL::initialize()
{
  ...
  TouchGFXGeneratedHAL::initialize();
  setButtonController(&bc);
}

每帧之前都会调用ButtonController类中的样本方法。如果返回真值，则键值将被传递至当前屏幕的handleKeyEvent事件处理程序。

同步帧缓冲访问

多个执行体可能涉及对帧缓存区的访问。


1	CPU	在渲染期间读取和写入像素
2	DMA2D	在硬件辅助渲染期间读取和写入像素
3	LTDC	在传输到并行RGB显示屏期间读取像素
4	DMA	在传输到SPI显示屏期间读取像素

TouchGFX Engine通过OSWrappers接口来同步帧缓存访问，同时希望访问帧缓存的外设(如DMA2D) 也必须执行相同操作。常规设计是使用信号量来保证对帧缓冲的访问，但也可以使用其他同步机制。

下表显示了OSWrappers类(OSWrappers.cpp) 中的函数列表，这些函数可由TouchGFX Generator生成或由用户手动生成。

方法	说明
`takeFrameBufferSemaphore`	由图形引擎调用，以获得对帧缓存的独占访问。这将阻塞引擎，直至DMA2D完成（如果正在运行）
`tryTakeFrameBufferSemaphore`	确保已锁定。该方法不会阻塞引擎，但对takeFrameBufferSemaphore的下次调用将被阻塞
`giveFrameBufferSemaphore`	解除帧缓存锁定
`giveFrameBufferSemaphoreFromISR`	从中断上下文解除帧缓存锁定

Tip
TouchGFX Generator可生成使用OSWrappers接口来同步的ChromART驱动程序，以及根据RTOS选择来执行该同步的函数实现。

报告下一个可用的帧缓冲区

无论采用哪种渲染策略，TouchGFX Engine都必须知道在每个时间片中应将像素渲染到哪个存储区。使用单帧缓存或双帧缓存战略时，TouchGFX Engine将根据帧缓存的全宽、高度和位宽将像素数据写入存储区。图形引擎负责双缓存设置中两个帧缓存之间的交换。

可以将对帧缓存的访问限制为部分帧缓存。可在HAL子类中重新实现HAL::getTFTCurrentLine()方法。返回上面用于图形引擎绘制而保存的行号。

使用部分帧缓存时，开发人员定义TouchGFX Engine在渲染时将使用的一个或多个存储器块。在此处阅读更多相关信息。

Tip
TouchGFX Generator支持所有帧缓冲策略的配置。

执行渲染操作

渲染和显示图形很少是应用程序的唯一目的。其他任务也需要使用CPU。 TouchGFX的目标之一尽可能少地占用CPU资源来绘制用户界面。 HAL类可对许多STM32微控制器(或其他硬件功能) 上的DMA2D功能进行抽象，并使其可用于图形引擎。

将位图之类的资源渲染到帧缓冲时，TouchGFX Engine检查HAL是否具有将部分或全部位图传输到帧缓存的功能。如果有此功能，则将绘图操作委托给HAL，而不是由CPU处理。

引擎调用方法HAL::getBlitCaps()，以获取硬件功能描述。 HAL子类可重新实现此调用，以添加功能。

引擎在绘制用户界面时调用HAL类上的操作(HAL::blitCopy) ，并对DMA操作排队。如果HAL无法报告所需的功能，则图形引擎将退而使用软件方式来渲染。

Tip
 许多STM32 MCU都具有ChromART芯片，在执行alpha像素混合时，可将数据从外部Flash存储器等移动到帧缓存。 对于许多MCU，TouchGFX Generator可生成ChromART驱动程序，该驱动程序使用ChromART芯片来增加几个“块位传输”操作功能。 

处理到显示屏的帧缓冲传输

为将帧缓存内容传输到显示屏，TouchGFX AL经常使用“区域渲染完成”钩子。一旦部分帧缓存渲染完成，引擎就会向AL发送信号。 AL可选择如何将此帧缓存部分内容传输到显示屏。

区域渲染完成

在代码中，此钩子为虚拟函数HAL::flushFrameBuffer(Rect& rect)。

在带有LTDC控制器的STM32微控制器上，我们无需在每次渲染后执行任何用于帧缓存传输的操作。在LTDC初始化之后，该传输将以给定的频率连续发生，因此我们可以将此方法的实现留空。

对于其他显示屏类型(如SPI或8080) ，您需要手动实现帧缓存内容传输。

此函数的实现允许开发人员发起向带有GRAM的显示屏的帧缓冲区域的手动传输：

void TouchGFXHAL::flushFrameBuffer(const touchgfx::Rect& r)
{
    HAL::flushFrameBuffer(rect); //call superclass

    //start transfer if not running already!
    if (!IsTransmittingData())
    {
        const uint8_t* pixels = ...; // Calculate pixel address
        SendFrameBufferRect((uint8_t*)pixels, r.x, r.y, r.width, r.height);
    }
    else
    {
       ... // Queue rect for later or wait here
    }
}

Further reading
通读方案以获取有关如何支持各种显示接口的具体示例。

抽象层类​

将TouchGFX Engine主循环与显示屏传输同步​

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渲染完成​

Tip

OSWrappers.cpp (CMSIS V2)

OSWrappers.cpp (No OS)

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显示就绪​

OSWrappers.cpp (CMSIS V2)

OSWrappers.cpp (No OS)

报告触摸与物理按钮事件​

触摸坐标​

TouchGFXConfiguration.cpp

Tip

STM32TouchController.cpp

其他外部事件​

MyButtonController.cpp

TouchGFXHAL.cpp

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同步帧缓冲访问​

Tip

报告下一个可用的帧缓冲区​

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执行渲染操作​

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处理到显示屏的帧缓冲传输​

区域渲染完成​

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渲染完成

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触摸坐标

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区域渲染完成