【实战经验】GUI方案中ALPHA通道处理介绍

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zero99 发布时间：2017-1-4 17:03

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前言
伴随着GUI应用在嵌入式领域比重日益增加，STM32专门提供了DMA2D、LTDC以及DSI等外设，能够实现优良的GUI解决方案。本文主要围绕STM32的DMA2D和LTDC展开讨论，介绍图片ALPHA通道的处理事项。

ALPHA通道简述
ALPHA通道是指一张图片的透明和半透明度。不同颜色格式的图片，具备的ALPHA通道位数有所区别，本文围绕8位的ALPHA通道展开介绍。如下图，为ALPHA通道的几种实例。其中透明度由ALPHA通道值决定。

STM32图片显示方案介绍
为了更好的阐述ALPHA通道的作用及相关处理，先对STM32的图片显示进行简单介绍。
以支持DMA2D和LTDC的STM32为例，图片的数据流如下图所示（为简化介绍，仅以图片生成像素数据，直接对像素数据进行显示的图片显示方案为例）。

首先利用PC端工具，将图片转为包含像素数据的文件(例如STemWin中提供的bmpCvt.exe或者bmpCvtST.exe工具，能够将图片导出为包含像素数据的.c文件)。编译链接生成烧录文件，烧录时，对应的像素数据保存到ROM中。然后利用DMA2D实现图片资源的转移，转移到在RAM中开辟的显示缓存空间中。最后，LTDC访问对应的显示缓存空间，实现对RGB接口显示屏的内容刷新，从而实现图片的显示。

STM32 ALPHA通道处理
上述例中，涉及到两种STM32内部外设DMA2D和LTDC，内部框架如下图所示。

从图中可以了解到，ALPHA通道在DMA2D和LTDC中都能进行处理。具体在像素格式转化和混合中处理。
下面围绕ALPHA通道处理，分环节进行描述。

PC端处理
ALPHA通道在电脑端的处理，除了应用效果上的处理外，主要注意图片导出像素信息时，与硬件平台匹配。
例如，bmpCvtST.exe工具为32位真彩色图片，提供了如下两种导出类型。bmpCvtST.exe是bmpCvt.exe的ST版，能够更好的支持STM32平台上图片应用开发。

具体导出何种类型的图片数据.c文件，需要根据采用的STM32 DMA2D外设支持情况进行确定。将在DMA2D处理小结进行说明。一般情况下，ARGB格式与全部支持DMA2D和LTDC的STM32硬件平台匹配。
DMA2D上处理
如上图，在利用DMA2D进行数据的转移、填充等过程中，支持对ALPHA通道值的更改。在像素格式转换环节，通过DMA2D_xxPFCCR寄存器的配置实现，支持如下三种形式：
1. 保留像素信息原ALPHA通道值
2. 利用ALPHA@DMA2D_xxPFCCR替换原ALPHA通道值
3. 利用原ALPHA通道值* ALPHA@DMA2D_xxPFCCR / 255 替换原ALPHA通道值
另外，某些STM32的DMA2D提供了ALPHA通道值取反、RED通道与BLUE通道互换的功能，具体请根据对应STM32的参考手册了解是否支持。具有这种功能的STM32能够匹配上面描述的ABGR类型。
在混合环节，虽然涉及到ALPHA通道，但表现为遵循固定的混合公式进行通道混合。在这里不做讨论，详情请参考对应参考手册的DMA2D blender章节。
LTDC上处理
像素格式转化环节，并不涉及可配置的ALPHA通道处理，这里不做讨论。
在混合环节，能够根据不同的混合因子，对各层混合时ALPHA通道进行不同的处理，实现不同的效果。各层混合流程如下图，采用自下而上的混合方式。

层间混合遵循如下公式：
BC = BF1 x C + BF2 x Cs
其中： BC = 混合颜色
BF1 = 混合因子1
C = 当前层颜色
BF2 = 混合因子2
Cs = 下层混合颜色
涉及到的参数，可以进行如下可选的配置，从而执行不同的层级颜色混合。其中BF1、BF2因子决定了对应ALPHA通道处理。

例如：当配置层2参数BF1 = 0b100， BF2= 0b100，CONSTA=0xFF时，BC = C。显示效果为不论图片中ALPHA通道值，只显示对应区域上层2的图片，其它层颜色不显示。

总结
图片的转化显示虽然简单，但由于涉及到不同平台，需要注意匹配性问题。实际实现过程中，需要对各环节有一定程度的了解，从而实现同样的显示效果。需知，上述的STM32 GUI方案描述，是针对支持DMA2D和LTDC的STM32。同时，为了聚焦于ALPHA通道的介绍，仅以图片生成的.c文件为例，介绍图片显示方案。除此之外，STM32还提供了其他丰富的GUI方案，能够直接支持各种格式的图片，例如.bmp， .png，.jpg等。

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