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Modern Embedded Recipes · 55/152

TFT 디스플레이 구동 — RGB565·FSMC·LTDC·DMA2D

· Hawk · 4분 읽기

#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 TFTparallel LTDC TFT를 다룹니다.

#핵심 개념

#두 가지 인터페이스

인터페이스해상도MCU 요구사항전송 속도
SPI (ILI9341)240×320 ~ 320×480Cortex-M3 이상40-60 MHz
FSMC/FMC parallel480×320 ~ 800×480STM32F4 + FSMC~50 MHz × 16-bit
LTDC (RGB parallel)480×272 ~ 800×480STM32F7/H7DMA 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)
RGB565
흰색0xFFFF
검정0x0000
빨강0xF800
초록0x07E0
파랑0x001F
노랑0xFFE0

#Framebuffer size

해상도크기비고
240 × 320 × 2153 KBILI9341
480 × 272 × 2261 KBSTM32F7-DISCO LCD
800 × 480 × 2768 KB큰 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, SPI1
static 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 0xD0000000UL
static 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 kHz
DE: 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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Modern Embedded Recipes · 56 of 152

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  97. 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
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  107. 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
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  109. 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
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  141. 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
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  145. 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
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  147. 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
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