SPI接口在LCD上的应用

​小分辨率的LCD，比如QQVGA，QCIF，QVGA等，广泛应用于功能手机和穿戴设备（比如手表）上。这类小分辨率的LCD，除了支持并行接口（比如i80），一般也会支持串行接口。在实际产品中广泛运用的串行接口就是SPI，由于其频率一般可以达到几十MHz，可以满足小分辨率LCD的性能要求。

SPI接口应用在LCD上，主要是以下两种模式：

• 3-wire 9-bit 模式

• 4-wire 8-bit 模式

比如某厂商的 LCD datasheet 中有如下描述：

说明该 LCD 支持 3-wire 9-bit 和 4-wire 8-bit 模式，而两种模式下又分别有两种不同的接口，构成四种接口方式：

• 3-wire 9-bit 接口 I，数据输入输出共用一根线（SDA）。

• 4-wire 8-bit 接口 I，数据输入输出共用一根线（SDA）。

• 3-wire 9-bit 接口 II，数据输入（SDI ）和 输出（SDO） 是独立的线。

• 4-wire 8-bit 接口 II，数据输入（SDI ）和 输出（SDO） 是独立的线。

其中后两种接口，3-wire 用到了 SCL / SDI / SDO / CSX 四根线，4-wire 用到了 SCL / SDI / SDO / CSX / DCX 五根线，所以所谓的 3-wire，4-wire 并不是指信号线的总数目，而是指有没有 DCX 线。LCD 用 DCX 来区分传输的数据是 Data 还是 Command。4-wire 模式下，用 DCX 信号线的电平高低来指示；3-wire 模式下，用 SDA 信号线上的 D/C bit 来表示，传输实际数据前会先传输一个 D/C bit 数据位，比 8-bit 多了一个bit，所以称作 9-bit。

3-wire 9-bit 模式

3-wire 9-bit 模式下，D/C bit 包含在数据流中，如果 SPI 控制器直接支持3-wire 9-bit 模式，会自动产生 D/C bit。D/C bit 为0时，表示Command；D/C bit 为1时，表示 Data。

图一 3-wire写寄存器

图二 3-wire读寄存器

图三 3-wire写图像数据（RGB565）

4-wire 8-bit 模式

4-wire 8-bit模式下，由D/CX信号线的电平高低指示Command和Data。低电平时，表示Command；高电平时，表示Data。由于数据流中不再包含D/C bit，都是实际要传输的数据，所以传输效率相比 3-wire要高一些。

图四 4-wire写寄存器

图五 4-wire读寄存器

图六 4-wire写图像数据（RGB565）

SPI LCD 性能预估

假定主控SPI clock最高为48MHz，驱动一款QQVGA、RGB565格式的屏幕，接口为3-wire 9-bit。

QQVGA，分辨率120x160，实际产品以128x160常见；RGB565格式，每个像素占用16 bit；3-wire 9-bit 每传输一个16 bit的像素数据，额外需要两次D/C bit；算起来每传输一个像素数据需要18 bit。

这样算下来 48000000 / (128*160*18) = 130 fps

理论刷屏可以达到130帧每秒，帧率很高了。

但是还需要结合具体LCD的datasheet去确认该LCD所能支持的最大SPI clock。如下是某款LCD的 Timing Characteristics，表明它支持的SPI clock最小周期为66ns，换算成支持的最大频率大约为15MHz。

所以实际情况应该是：

15000000 / (128*160*18) = 40 fps

40帧每秒的刷屏效果也是不错的。计算出来的是理论值，实际数据会有一定偏差。

同样的clock指标下，对于QVGA屏来说，就有些吃力；再大的分辨率，就基本不能胜任了。

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作者：bigfish99

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