TFT 디스플레이 구동 — RGB565·FSMC·LTDC·DMA2D
#한 줄 요약
“TFT는 RAM이 무겁습니다.” 480×272 RGB565 = 261 KB. 한 framebuffer가 일반 MCU SRAM 전체보다 큽니다.
#어떤 상황에서 쓰나
산업용 HMI panel, 의료기기 UI, 자동차 cluster, smart home hub — full color graphic UI가 필요할 때 TFT를 씁니다. SPI ILI9341 (2.4-3.5 inch)은 작은 MCU도 구동, parallel RGB LTDC는 STM32F7/H7 이상이 필요합니다.
이 글은 두 가지 변종 — SPI TFT와 parallel LTDC TFT를 다룹니다.
#핵심 개념
#두 가지 인터페이스
| 인터페이스 | 해상도 | MCU 요구사항 | 전송 속도 |
|---|---|---|---|
| SPI (ILI9341) | 240×320 ~ 320×480 | Cortex-M3 이상 | 40-60 MHz |
| FSMC/FMC parallel | 480×320 ~ 800×480 | STM32F4 + FSMC | ~50 MHz × 16-bit |
| LTDC (RGB parallel) | 480×272 ~ 800×480 | STM32F7/H7 | DMA framebuffer |
LTDC는 DMA controller가 framebuffer를 RGB output으로 자동 송출. CPU는 framebuffer만 그리면 됩니다.
#RGB565 format
16-bit pixel = 5-bit R + 6-bit G + 5-bit B.
RGB565 = ((R >> 3) << 11) | ((G >> 2) << 5) | (B >> 3)| 색 | RGB565 |
|---|---|
| 흰색 | 0xFFFF |
| 검정 | 0x0000 |
| 빨강 | 0xF800 |
| 초록 | 0x07E0 |
| 파랑 | 0x001F |
| 노랑 | 0xFFE0 |
#Framebuffer size
| 해상도 | 크기 | 비고 |
|---|---|---|
| 240 × 320 × 2 | 153 KB | ILI9341 |
| 480 × 272 × 2 | 261 KB | STM32F7-DISCO LCD |
| 800 × 480 × 2 | 768 KB | 큰 panel |
STM32F411 (128 KB SRAM)은 240×320만 가능, F7/H7 + external SDRAM은 800×480까지.
#Tearing과 double buffering
화면 refresh와 framebuffer 업데이트가 동시에 일어나면 tearing 발생. 해결책 두 가지.
Single buffer: 뜸. tearing 발생.Double buffer: front + back. back 그리고 vsync에 swap. 메모리 ×2.Tear-free single: vsync 신호 기다린 후 update.#코드 예제
#1. ILI9341 SPI driver
// CS=PA4, DC=PA3, RES=PA2, SPI1static void tft_cmd(uint8_t cmd) { GPIOA->BSRR = (1u << (3+16)); // DC=0 GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); // CS=0 spi_xfer8(cmd); while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY); GPIOA->BSRR = (1u << 4);}
static void tft_data(const uint8_t *data, uint16_t n) { GPIOA->BSRR = (1u << 3); GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); for (uint16_t i = 0; i < n; i++) spi_xfer8(data[i]); while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY); GPIOA->BSRR = (1u << 4);}
void tft_init(void) { // Hardware reset GPIOA->BSRR = (1u << (2+16)); delay_ms(10); GPIOA->BSRR = (1u << 2); delay_ms(150);
tft_cmd(0x01); delay_ms(150); // software reset tft_cmd(0x11); delay_ms(120); // sleep out
tft_cmd(0x3A); tft_data((uint8_t[]){0x55}, 1); // 16-bit color tft_cmd(0x36); tft_data((uint8_t[]){0x48}, 1); // MADCTL: BGR tft_cmd(0x29); // display ON}
void tft_set_window(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1) { tft_cmd(0x2A); tft_data((uint8_t[]){x0 >> 8, x0, x1 >> 8, x1}, 4); tft_cmd(0x2B); tft_data((uint8_t[]){y0 >> 8, y0, y1 >> 8, y1}, 4); tft_cmd(0x2C); // memory write}
void tft_pixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) { tft_set_window(x, y, x, y); uint8_t buf[2] = {color >> 8, color}; tft_data(buf, 2);}
void tft_fill(uint16_t color) { tft_set_window(0, 0, 239, 319); GPIOA->BSRR = (1u << 3); GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); for (uint32_t i = 0; i < 240u * 320; i++) { spi_xfer8(color >> 8); spi_xfer8(color); } GPIOA->BSRR = (1u << 4);}tft_fill로 240×320 = 76800 pixel × 2 byte = 153600 byte. 30 MHz SPI에서 ~41 ms (DMA로 옮기면 비슷한 시간이지만 CPU 0%).
#2. LTDC parallel — STM32F7
LTDC는 framebuffer를 SDRAM에 두고 hardware가 자동 송출. CPU는 framebuffer 수정만.
#define LCD_W 480#define LCD_H 272#define SDRAM_BASE 0xD0000000ULstatic volatile uint16_t *fb = (uint16_t *)SDRAM_BASE;
void ltdc_init(void) { RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_LTDCEN;
// PLLSAI: LTDC clock = 9 MHz (60 Hz refresh on 480x272) // ... PLLSAI 설정 생략
// Timing LTDC->SSCR = ((41 - 1) << 16) | (10 - 1); // sync size LTDC->BPCR = ((43 - 1) << 16) | (12 - 1); // back porch LTDC->AWCR = ((480+43-1) << 16) | (272+12-1); // active width LTDC->TWCR = ((480+43+8-1) << 16) | (272+12+4-1); // total
LTDC->GCR = LTDC_GCR_LTDCEN;
// Layer 1 LTDC_Layer1->WHPCR = ((480+43) << 16) | (43+1); LTDC_Layer1->WVPCR = ((272+12) << 16) | (12+1); LTDC_Layer1->PFCR = 2; // RGB565 LTDC_Layer1->CFBAR = (uint32_t)fb; LTDC_Layer1->CFBLR = ((480*2) << 16) | (480*2 + 3); LTDC_Layer1->CFBLNR = 272; LTDC_Layer1->CR = LTDC_LxCR_LEN;
LTDC->SRCR = LTDC_SRCR_IMR; // reload}
void ltdc_pixel(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t color) { fb[y * LCD_W + x] = color;}
void ltdc_fill(uint16_t color) { for (uint32_t i = 0; i < LCD_W * LCD_H; i++) fb[i] = color;}framebuffer 변경이 즉시 화면에 반영. CPU 부담 0%.
#3. Double buffer + vsync
static volatile uint16_t *fb_front = (uint16_t *)SDRAM_BASE;static volatile uint16_t *fb_back = (uint16_t *)(SDRAM_BASE + LCD_W * LCD_H * 2);
static volatile int swap_pending;
void ltdc_swap(void) { swap_pending = 1; // wait for vsync ISR while (swap_pending);}
void LTDC_IRQHandler(void) { if (LTDC->ISR & LTDC_ISR_LIF) { LTDC->ICR = LTDC_ICR_CLIF; if (swap_pending) { volatile uint16_t *tmp = fb_front; fb_front = fb_back; fb_back = tmp; LTDC_Layer1->CFBAR = (uint32_t)fb_front; LTDC->SRCR = LTDC_SRCR_VBR; // shadow reload on vsync swap_pending = 0; } }}화면이 완전한 frame만 표시 — tearing 없음.
#측정 / 동작 확인
화면에 단색 fill이 보이면 success. 색이 이상하면:
- MADCTL 0x36 — BGR/RGB 비트 (‘48’ vs ‘08’) 시도.
- Color format 0x3A — 0x55 (16-bit) vs 0x66 (18-bit).
- Orientation — portrait/landscape mode 비트 확인.
스코프로 SPI 또는 RGB output을 보면 transaction이 보입니다. LTDC는 HSYNC, VSYNC, DE 신호를 지속적으로 출력.
VSYNC: 60 Hz (16.7 ms 주기)HSYNC: 60 × (272+12+4+12) = 18 kHzDE: active 영역에서 high#자주 보는 함정
⚠️ Framebuffer size가 SRAM 초과
f411 (128 KB)에 480×272×2=261 KB 두면 link error. external SDRAM 필수 또는 작은 panel.
⚠️ MADCTL 색 잘못
R/B 뒤바뀐 화면이 보임. MADCTL의 BGR/RGB 비트 토글.
⚠️ LTDC clock 잘못
너무 빠르면 panel이 못 따라가 화면이 깨짐. datasheet의 pixel clock max 확인.
⚠️ Tearing
single buffer + 빠른 update면 반쯤 그려진 frame이 보임. double buffer + vsync swap.
⚠️ SPI TFT 색 깊이
ILI9341 16-bit/18-bit/24-bit 선택. 18-bit (R 6, G 6, B 6) format은 byte 3개로 1 pixel — bandwidth 1.5배.
⚠️ Backlight brightness
PWM duty로 backlight 조정. 100% duty면 power 30 mA, 50%면 15 mA. battery 절약에 중요.
#정리
- TFT는 framebuffer가 큰 메모리 — 480×272×2 = 261 KB.
- 작은 MCU는 SPI TFT (240×320), 중대형은 LTDC parallel + SDRAM.
- RGB565 = 5+6+5 bit. 일반적 색.
- Double buffer + vsync swap으로 tearing 제거.
- MADCTL의 BGR/RGB, color format 0x3A가 처음 디버깅 포인트.
다음 편은 **환경 센서 (온도·습도·기압)**입니다. BME280, SHT3x I2C/SPI driver pattern을 다룹니다.
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