STM32F4系列  st7789驱动 V2.0 开启DMA实现中文、图片显示（STM32CubeMX+Keil）

文章目录
 前言
一、STM32CubeMX配置
       1.SPI开启DMA配置
二、软件实现
       1. ST7789.c相关函数介绍
       2. Fonts.c相关函数介绍
       3. 字模软件ATK_XFONT.exe使用配置    
       4.图片取模软件 Img2Lcd.exe使用配置
       5. main.c测试实现
三、 烧录测试验证

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前言

在基于 STM32 的项目开发中，为 SPI 接口的屏幕驱动开启 DMA（直接存储器访问）功能，可显著提升屏幕刷新率；同时，在屏幕上实现中文和图片的流畅显示，能大幅增强项目的人机交互可读性与视觉体验，是嵌入式界面开发中兼顾性能与易用性的关键优化手段。

一、DMA 核心知识解析

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）是 STM32 芯片的核心外设之一，其核心作用是在不占用 CPU 核心的前提下，实现存储器（RAM/FLASH）与外设（如 SPI、UART、I2C）之间的数据直接传输—— 形象地说，DMA 就像一个独立的 “数据搬运工”，能自主把存储器中的屏幕显示数据（如像素、中文字模、图片位图）直接搬运到 SPI 外设并发送至屏幕，全程无需 CPU 干涉。

• 传统传输模式（CPU 轮询 / 中断）：CPU 需要主动参与每一次数据读写 —— 先从存储器取数据，再通过 SPI 发送给屏幕，全程占用 CPU 资源，若屏幕数据量较大（如整屏图片），CPU 会被频繁占用，导致刷新率低、响应延迟。
• DMA 传输模式：CPU 仅需初始化 DMA 传输参数（如数据源地址、目标外设、传输长度），后续数据传输由 DMA 控制器这个 “搬运工” 独立完成，传输完成后通过中断通知 CPU（可选），CPU 可在传输期间处理其他任务（如逻辑运算、传感器数据采集）。

通俗来说 DMA 如同 “独立数据搬运工”，脱离 CPU 独立完成 SPI 数据传输，核心是 “解放 CPU + 提升传输效率”。

二、软件工具

1.字模软件ATK_XFONT.exe

下载地址：字模软件(ATK-XFONT) 版本：v2.0.3 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档 (openedv.com)

2.图片取模软件 Img2Lcd.exe

链接：image2lcdV4.0:嵌入式图片转换工具，高效适配LCD显示需求 - AtomGit | GitCode

附录：软件压缩包

一、SPI开启DMA配置

1.CubeMX 开启 SPI DMA 操作步骤：

1. 打开 SPI 外设配置在 Pinout & Configuration 界面，找到 SPI1（这里使用SPI3为例），在 Mode 中选择 Full-Duplex Master/Slave 等模式。
2. 切换到标签页，然后点击 Add 按钮添加 DMA 流。
3. 选择 DMA 请求与流
   • DMA Request：选择 SPI3_TX（对应 SPI 发送请求，STM32F407为主机，屏幕为从机，需要DMA把内存数据发送给屏幕RAM）
   • Stream：可以保持默认也可下拉选项，选择可用流
4. 配置下方 DMA Request Settings以及相关配置说明
5. DMA 中断（默认开启）本文未使用
6. 生成代码点击 GENERATE CODE，CubeMX 会自动生成 MX_DMA_Init() 和 MX_SPI1_Init() 函数，完成 DMA 与 SPI 的底层绑定。

参数项	你的配置	含义与作用
DMA Request	SPI3_TX	指定 DMA 要响应的外设请求，这里是 SPI1 的发送请求，即 SPI 发送数据时触发 DMA 搬运。
Stream	DMA1 Stream5	DMA 控制器的数据流通道，不同 STM32 系列（如 F4/H7）的流与请求映射不同，需参考数据手册确认该流是否支持 SPI1_TX。
Direction	Memory To Peripheral	数据从 内存（显存 / 字库 / 图片） 搬运到 SPI 外设寄存器，符合屏幕驱动场景。
Priority	High	DMA 传输优先级，可根据系统需求调整为 High/Very High，屏幕刷新通常设为 High以上避免卡顿。
Mode	Normal	传输完成后 DMA 自动停止，需手动重新触发下一次传输；若为 Circular 则会循环传输（适合音频等场景，比如MX98357后续会涉及）。
Increment Address - Peripheral	未勾选	SPI 数据寄存器地址固定，不需要自增，否则会写向错误地址。
Increment Address - Memory	勾选	内存地址需要逐字节递增，才能连续发送整段像素数据。
Use FIFO	未勾选	是否启用 DMA FIFO 缓冲，关闭时直接传输；高分辨率屏幕可开启以优化吞吐量。
Data Width - Peripheral/Memory	Byte	单次传输数据宽度，与四线SPI 数据帧格式默认8bit ，因此这里选择Byte。

二、软件实现

1.ST7789.c相关函数介绍

1. 编译阶段：DMA 功能开关（宏定义控制）支持在头文件中修改是否启用DMA

#ifdef USE_DMA
// DMA相关缓冲区、参数定义
uint16_t DMA_MIN_SIZE = 16;  // DMA传输最小数据量阈值
#define HOR_LEN 	10	// 分块高度（适配小RAM场景）
uint16_t disp_buf[ST7789_WIDTH * HOR_LEN]; // DMA帧缓冲区
#endif

核心作用：通过USE_DMA宏开关控制是否编译 DMA 相关代码，实现 “DMA / 非 DMA 模式” 一键切换；
缓冲区设计：disp_buf是 DMA 传输的核心载体，大小为屏幕宽度 × 分块高度（如 240×10），而非整屏（240×280），目的是适配 RAM 不足的 MCU（比如 STM32F103 仅有 20KB RAM，整屏缓冲区需 131KB，无法容纳）。

2.初始化阶段：DMA 缓冲区准备

void ST7789_Init(void)
{
	#ifdef USE_DMA
		memset(disp_buf, 0, sizeof(disp_buf)); // 初始化DMA帧缓冲区
	#endif
    // ... 屏幕硬件复位、寄存器配置（详情可参考V1.0版）
    ST7789_Fill_Color(BLACK); // 全屏填充
}

核心动作：初始化时将 DMA 缓冲区清零，避免脏数据导致屏幕显示异常；
关联逻辑：初始化最后调用ST7789_Fill_Color，首次触发 DMA 传输流程，验证 DMA 功能是否正常

3. 数据传输阶段：DMA / 阻塞传输自适应切换
PS:开启DMA色彩异常，红蓝色彩显示异常需开启字节交换

static void ST7789_WriteData(uint8_t *buff, size_t buff_size)
{
	ST7789_Select();
	ST7789_DC_Set();  // 数据模式
	
	// 分块发送（HAL SPI单次最大传输64KB）
	while (buff_size > 0) {
		uint16_t chunk_size = buff_size > 65535 ? 65535 : buff_size;
		#ifdef USE_DMA
			// 数据量≥阈值时用DMA，否则用阻塞传输
			if (DMA_MIN_SIZE <= buff_size)
			{
				HAL_SPI_Transmit_DMA(&ST7789_SPI_PORT, buff, chunk_size);
				// 等待DMA传输完成（轮询DMA状态）
				while (ST7789_SPI_PORT.hdmatx->State != HAL_DMA_STATE_READY)
				{}
			}
			else  
				HAL_SPI_Transmit(&ST7789_SPI_PORT, buff, chunk_size, HAL_MAX_DELAY);
		#else
			HAL_SPI_Transmit(&ST7789_SPI_PORT, buff, chunk_size, HAL_MAX_DELAY);
		#endif
		buff += chunk_size;
		buff_size -= chunk_size;
	}
	ST7789_UnSelect();
}

核心分支：当数据量≥DMA_MIN_SIZE（16 字节）：调用HAL_SPI_Transmit_DMA启动 DMA 传输；当数据量 < 16 字节：用阻塞传输（HAL_SPI_Transmit），避免 DMA 初始化开销大于传输收益；
关键细节：双字节交换解决DMA红蓝反色问题，轮询等待：while (ST7789_SPI_PORT.hdmatx->State != HAL_DMA_STATE_READY) 确保当前块传输完成后再发下一块，避免数据错乱。

4.功能使用：分块填充 + DMA 传输（以全屏填充为例）

void ST7789_Fill_Color(uint16_t color)
{
    ST7789_SetAddressWindow(0, 0, ST7789_WIDTH - 1, ST7789_HEIGHT - 1);
    ST7789_Select();
 // LCD 期望的是高字节在前（大端），所以必须手动交换字节顺序 预先计算字节交换后的颜色
        uint16_t swapped_color = (color >> 8) | (color << 8);
 #ifdef USE_DMA
    // ------------------- DMA模式：分块填充缓冲区传输 -------------------
    for (uint16_t i = 0; i < ST7789_HEIGHT / HOR_LEN; i++)
    {
        for (uint32_t j = 0; j < (ST7789_WIDTH * HOR_LEN); j++)
        {
            disp_buf[j] = swapped_color;  
        }
        ST7789_WriteData((uint8_t *)disp_buf, sizeof(disp_buf));
    }// 分块填充缓冲区：整屏拆分为 N 个 HOR_LEN 高度的小块
#else
    // ------------------- 非DMA模式：逐像素写入 -------------------

   uint16_t i,j;
		for (i = 0; i < ST7789_WIDTH; i++)
				for (j = 0; j < ST7789_HEIGHT; j++) {
					uint8_t data[] = {color >> 8, color & 0xFF}; // 将16位颜色拆分为高低字节
					ST7789_WriteData(data, sizeof(data)); // 单像素数据传输
					}
#endif

    ST7789_UnSelect();
}

核心思路：因 RAM 不足无法存储整屏数据，将屏幕按高度拆分为多个小块（比如 280 高度拆为 28 个 10 行的块，适当调试可以自定义修改）；
传输逻辑：填充一块、DMA 传输一块，循环直至整屏完成，既利用 DMA 提升效率，又规避 RAM 不足问题。

  5.核心功能函数：ST7789_DrawImage：绘制 RGB565 位图图像

void ST7789_DrawImage(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t w, uint16_t h, const unsigned char *data)
{
    // 1. 边界校验：过滤无效参数，截断超出屏幕的图像区域
    if (x >= ST7789_WIDTH || y >= ST7789_HEIGHT || w == 0 || h == 0) return;
    uint16_t draw_w = (x + w) > ST7789_WIDTH ? (ST7789_WIDTH - x) : w; // 实际绘制宽度
    uint16_t draw_h = (y + h) > ST7789_HEIGHT ? (ST7789_HEIGHT - y) : h; // 实际绘制高度
    if (draw_w == 0 || draw_h == 0) return;

    // 2. 设置显示窗口：仅选中屏幕、设置窗口后立即取消，避免和WriteData的片选冲突
    ST7789_Select();
    ST7789_SetAddressWindow(x, y, x + draw_w - 1, y + draw_h - 1); // 窗口范围：左上→右下
    ST7789_UnSelect();

    // 3. 计算有效数据长度：只传输屏幕内的像素数据，避免无效传输
    uint32_t valid_pixel = draw_w * draw_h;
    uint32_t valid_byte = valid_pixel * 2;  // RGB565每个像素2字节
    uint32_t total_byte = w * h * 2;        
    if (valid_byte > total_byte) valid_byte = total_byte;

    // 4. 分块传输：HAL SPI的DMA/阻塞传输最大支持65535字节，拆分数据避免超限
    const unsigned char *data_ptr = data;
    #define TRANS_CHUNK 65535  
    while (valid_byte > 0)
    {
        uint16_t chunk = valid_byte > TRANS_CHUNK ? TRANS_CHUNK : valid_byte;
        ST7789_WriteData((uint8_t *)data_ptr, chunk); // 调用底层DMA/阻塞传输
        data_ptr += chunk;
        valid_byte -= chunk;
    }
}

边界截断：比如图像坐标x=200、w=100，而屏幕宽度仅 240，则draw_w=40，只绘制图像的前 40 个像素宽度，避免越界显示乱码；
片选独立处理：SetAddressWindow（设置显示窗口）需要单独操作片选，若和WriteData共用片选会导致命令 / 数据传输冲突；
64KB 分块：HAL 库中HAL_SPI_Transmit_DMA的传输长度是uint16_t类型（最大 65535），拆分后可支持任意大小的图像传输（比如 240×280 的图像≈134KB，拆分为 2 块传输）

ST7789_DrawCNChar_16x16：绘制单个 16×16 中文字符

void ST7789_DrawCNChar_16x16(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t char_idx, const CN_FontDef *font, uint16_t color, uint16_t bgcolor)
{
    // 1. 严格的参数校验：避免空指针、坐标越界
    if (font == NULL || x >= ST7789_WIDTH || y >= ST7789_HEIGHT || 
        (x + font->cn_width) > ST7789_WIDTH || (y + font->cn_height) > ST7789_HEIGHT) {
        return;
    }

    // 2. 获取点阵数据：从字库中读取对应字符的16×16点阵（每行2字节，共32字节）
    const uint8_t *cn_data = Font_GetCNData(font, char_idx);
    if (cn_data == NULL) return;

    // 3. 设置字符显示窗口：仅显示当前字符的16×16区域
    ST7789_Select();
    ST7789_SetAddressWindow(x, y, x + font->cn_width - 1, y + font->cn_height - 1);

    // 4. 逐行解析点阵，生成RGB565像素数据
    uint8_t pixel_data[2]; // 存储单个像素的RGB565数据（高字节+低字节）
    for (uint8_t row = 0; row < font->cn_height; row++) {
        uint8_t byte_h = cn_data[row * 2];   // 每行高8位点阵
        uint8_t byte_l = cn_data[row * 2 + 1]; // 每行低8位点阵
        
        // 解析高字节8个像素
        for (uint8_t col = 0; col < 8; col++) {
            // 点阵位为1→显示字符色，0→显示背景色
            pixel_data[0] = (byte_h & (0x80 >> col)) ? (color >> 8) : (bgcolor >> 8); // RGB565高字节
            pixel_data[1] = (byte_h & (0x80 >> col)) ? (color & 0xFF) : (bgcolor & 0xFF); // RGB565低字节
            ST7789_WriteData(pixel_data, 2); // 发送单个像素数据
        }
        // 解析低字节8个像素（逻辑同上）
        for (uint8_t col = 0; col < 8; col++) {
            pixel_data[0] = (byte_l & (0x80 >> col)) ? (color >> 8) : (bgcolor >> 8);
            pixel_data[1] = (byte_l & (0x80 >> col)) ? (color & 0xFF) : (bgcolor & 0xFF);
            ST7789_WriteData(pixel_data, 2);
        }
    }

    ST7789_UnSelect(); // 释放片选
}

点阵数据格式：16×16 中文字符的点阵共 256 位（32 字节），每行占 2 字节（16 位），对应 16 个像素；
RGB565 字节拆分：ST7789 屏幕要求 RGB565 数据 “高字节在前”，因此将color（16 位）拆分为高 8 位（color>>8）和低 8 位（color&0xFF）分别发送

ST7789_DrawCNString_16x16：绘制连续中文字符串

void ST7789_DrawCNString_16x16(uint16_t x, uint16_t y, uint16_t *char_idx, uint8_t count, const CN_FontDef *font, uint16_t color, uint16_t bgcolor)
{
    // 空指针/无效参数校验
    if (char_idx == NULL || font == NULL || count == 0) return;

    uint16_t current_x = x; // 当前绘制的X坐标
    for (uint8_t i = 0; i < count; i++) {
        // 绘制第i个字符
        ST7789_DrawCNChar_16x16(current_x, y, char_idx[i], font, color, bgcolor);
        
        // 字符间距：每个字符后偏移“字符宽度+2像素”，避免字符重叠
        current_x += font->cn_width + 2;
        
        // 自动换行：当前X坐标+字符宽度超出屏幕→换行
        if (current_x + font->cn_width > ST7789_WIDTH) {
            current_x = x; // 回到起始X坐标
            y += font->cn_height + 2; // Y坐标下移（字符高度+2像素行间距）
            
            // 超出屏幕高度→停止绘制
            if (y + font->cn_height > ST7789_HEIGHT) break;
        }
    }
}

字符索引数组：char_idx是自定义的字符索引（比如{0,1}对应 “你好”），需提前在字库中定义索引和字符的映射关系；
间距设计：+2像素的行 / 列间距是为了提升文字可读性，避免字符挤在一起；
换行逻辑：换行后回到初始 X 坐标，Y 坐标下移，若下移后超出屏幕高度则直接终止绘制，避免无效操作。

2.Fonts.c相关函数介绍

1. 中文字库点阵数据定义：cn_font_16x16_data

static const uint8_t cn_font_16x16_data[] = {
// “你”的16×16点阵数据（共32字节，每行2字节，16行）
0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x80,0x11,0xFE,0x11,0x02,0x32,0x04,0x34,0x20,0x50,0x20,
0x91,0x28,0x11,0x24,0x12,0x24,0x12,0x22,0x14,0x22,0x10,0x20,0x10,0xA0,0x10,0x40,//你0
// “好”的16×16点阵数据（共32字节）
0x10,0x00,0x10,0xFC,0x10,0x04,0x10,0x08,0xFC,0x10,0x24,0x20,0x24,0x20,0x25,0xFE,
0x24,0x20,0x48,0x20,0x28,0x20,0x10,0x20,0x28,0x20,0x44,0x20,0x84,0xA0,0x00,0x40,//好1
};

数据格式：16×16 点阵字符需要 16×16 = 256位 = 32字节 存储，因此 “你” 和 “好” 各占 32 字节，总长度 64 字节；

 2. 字体结构体定义与实例：CN_FontDef

/** 中文字体结构体（16x16） */
typedef struct {
    uint8_t cn_width;     // 中文字符宽度（固定16）
    uint8_t cn_height;    // 中文字符高度（固定16）
    const uint8_t *cn_data; // 中文字模数据指针
    uint16_t cn_count;    // 中文字符数量
} CN_FontDef;

// 16x16 中文字体实例
const CN_FontDef CN_Font_16x16 = {
    .cn_width = 16,          // 字符宽度16像素
    .cn_height = 16,         // 字符高度16像素
    .cn_data = cn_font_16x16_data, // 指向上面的点阵数据
    .cn_count = 2            // 包含“你”“好”2个字符
};

// 外部声明，供其他文件调用
extern const CN_FontDef CN_Font_16x16;

结构体设计：将字库的核心属性（宽 / 高 / 数据 / 数量）封装，便于扩展（比如后续添加 24×24 字体时，只需新增结构体）；
使用声明：添加字体要实时修改.cn_count = n（实际字库数量）

3. 点阵数据查询函数：Font_GetCNData

const uint8_t* Font_GetCNData(const CN_FontDef *font, uint16_t index)
{
    // 空指针 + 索引范围双重校验
    if (font == 0 || font->cn_data == 0 || index >= font->cn_count) {
        return 0;
    }
    // 每个字符占32字节，计算起始地址
    return &font->cn_data[index * 32];
}

参数校验：font == 0：避免传入空指针导致程序崩溃；
index >= font->cn_count：避免索引超出字符数量（比如索引 2 时，字符数量仅 2，直接返回 NULL）；
地址计算：每个 16×16 字符占 32 字节，因此第index个字符的起始地址 = 字库起始地址 + index × 32；
示例：index=0 → 指向 “你” 的起始地址（&cn_font_16x16_data[0]）；index=1 → 指向 “好” 的起始地址（&cn_font_16x16_data[32]）；

4. 图片点阵数据定义：cn_font_16x16_data

const unsigned char gImage_1[134400] = { /* 0X10,0X10,0X00,0XF0,0X01,0X18,0X01,0X1B, */
0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,
0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X18,0XC4,0X18,0XC4,0X18,0XC4,0X18,0XC4,0X18,0XC4,
....}

数据格式：240×280分辨率的图像占用空间=240×280×2（RGB565 16位两字节）≈134KB

3.字模软件ATK_XFONT.exe使用配置

1.点击中间齿轮设置图标设置如下：

2.设置属性参数

通过属性调试，找到适合自己样式，没有问题点击生成字模，复制字模数据到fonts.c
static const uint8_t cn_font_16x16_data[] = {
0x08,0x80,0x08,0x80,0x08,0x80,0x11,0xFE,0x11,0x02,0x32,0x04,0x34,0x20,0x50,0x20,
0x91,0x28,0x11,0x24,0x12,0x24,0x12,0x22,0x14,0x22,0x10,0x20,0x10,0xA0,0x10,0x40,//你0
0x10,0x00,0x10,0xFC,0x10,0x04,0x10,0x08,0xFC,0x10,0x24,0x20,0x24,0x20,0x25,0xFE,
0x24,0x20,0x48,0x20,0x28,0x20,0x10,0x20,0x28,0x20,0x44,0x20,0x84,0xA0,0x00,0x40,//好1
    //自定义添加
};

同时更新结构体中字体数量.cn_count =2（实际字库数量）

4.图片取模软件 Img2Lcd.exe使用配置

1.参数配置设置要求：

RGB565➡16位真彩色

像素大小240×280

注意事项:取消勾选 包含图像头数据；

勾选 字节顺序Big Endian（大端模式）：高字节在前，低字节在后。

输出图像选择： 勾选 R:5bits,G:6bits,B:5bits 16位彩色

2.图片裁剪

自定义图片使用画图（window自带软件打开，完成自定义裁剪

完成设置后修改为屏幕分辨率大小240×280，另存图像在Img2Lcd打开

保证图片数据输入像素（240.280）输出像素（240.280）之后，点击保存在记事本/VScode打开；复制到fonts.c中

const unsigned char gImage_1[134400] = { /* 0X10,0X10,0X00,0XF0,0X01,0X18,0X01,0X1B, */
0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,0X10,0XA4,
0X10...}.

在fonts.h声明 extern const unsigned char gImage_1[134400];
在调用时ST7789_DrawImage(0, 0, 240, 280, gImage_1);

 5. main.c测试实现

在st7789驱动 V1.0中测试屏幕填充、字符、绘制图案，这里不再测试相关测试函数ST7789_Test：

void ST7789_Test(void)
{

   //中文字体测试
    //单个中文字体，红字黑底
   ST7789_DrawCNChar_16x16(10, 60, 0, &CN_Font_16x16, RED, BLACK);
   //连续中文，绿字白底
  uint16_t cn_index[] = {0,1}; // 你(0)、好(1)
  ST7789_DrawCNString_16x16(10, 40 ,cn_index, 2, &CN_Font_16x16, GREEN, WHITE);

      //图片显示测试
	HAL_Delay(3000);
	ST7789_Fill_Color(WHITE);
	ST7789_DrawImage(0, 0, 240, 280, gImage_1);
}

在main.c中调试调用与上文st7789驱动 V1.0中保存不变。

三、烧录测试验证

效果示例：

PS:如果编译过程中很多报错

Error: L6406E: No space in execution regions with .ANY selector matching xxx.o(.text).，或者Error: L6220E: Execution region ER_IROM1 (size 0x80000 with 0x7F800 used) is full.等内存有关报错，有可能你图片显示太多，flash空间不管导致编译报错，根据自己板子flash大小选择。

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总结

开启DMA提高刷屏效率，中文字体和图片显示为您的项目提供可视化
后续持续更新STM32,ESP32相关外设，欢迎有问题一起探讨交流.