Funpack4-3 - 用MAX32655FTHR实现 LED 纯色/彩虹/呼吸灯

内容介绍

1 项目和设计思路介绍

内容

- 项目目标：在 MAX32655FTHR 板上展示“双核协作 + 人机交互 + 可视化灯效”，让新手

能一眼理解 CM4 启动 RV32、RV32 处理交互与灯效的完整链路。

- 系统分工：CM4 侧仅做启动加载与提示信息；RV32 侧专注按键扫描与 RGB 灯效渲染，

体现“主核负责系统启动、协处理核负责应用逻辑”的清晰边界。

- 设计原则：

- 可见性：用 RGB LED 作为直观输出，按钮作为直观输入。

- 可解释性：关键算法（软件 PWM、按键去抖、彩虹/呼吸状态机）都有可调参数与易

读流程。

- 易修改：将“模式、速度、颜色”等定义为常量数组，方便快速改造。

- 关键流程：上电后 CM4 打印提示并启动 RV32；RV32 初始化外设后进入主循环，执

行“PWM 输出 + 按键采样 + 灯效更新”的节拍调度。

2 硬件介绍（控制器及使用外设）

内容

- 控制器：MAX32655（双核 SoC）

- CM4（Arm Cortex-M4F）：复位后最先运行，负责启动 RV32。

- RV32（RISC-V）：运行应用逻辑（按键读取 + RGB 灯效）。

- 开发板：MAX32655FTHR

- 板载 DAPLink（MAX32625）：提供 SWD 调试与 UART0 虚拟串口。

- USB 供电即可运行。

- 本项目使用的外设与引脚

- RGB LED（D1）：P0.18(R) / P0.19(G) / P0.26(B)

- BUTTON1/2：P0.2 / P0.3

- UART0：P0.0(RX) / P0.1(TX)，用于串口日志输出

- 其他说明

- 灯效输出使用 GPIO 软件 PWM 实现亮度变化。

- 通过 DAPLink 的虚拟串口观察运行状态（115200 8-N-1）。

3 软件代码介绍（主要代码片段）

主要代码片段（扩展版）

1) CM4 启动 RV32（m4/src/main.c）

printf("ARM: RV_ARM_Loader\r\n");
MXC_Delay(MXC_DELAY_SEC(2));
MXC_SYS_RISCVRun();

说明：CM4 侧只负责提示与启动 RV32，业务逻辑全部交给 RV32；启动后 CM4 进入空循

环，不参与灯效与交互。

2) RV32 初始化与可调参数（riscv/src/main.c）

static const uint32_t kPwmPeriodUs = 2000;    // 500Hz
static const uint32_t kButtonSampleUs = 5000; // 5ms
static const uint32_t kEffectTickUs = 20000;  // 20ms

说明：三组时间常量分别控制 PWM 频率、按键采样周期、灯效刷新节拍；Board_Init()

负责 GPIO/LED/按键的板级初始化，Console_Init() 确保串口可用。

3) 颜色/亮度处理基础（gamma + 缩放）


  static uint8_t gamma_u8(uint8_t x)

  {

      uint16_t xx = (uint16_t)x * (uint16_t)x;

      return (uint8_t)((xx + 127u) / 255u);

  }



  static rgb8_t rgb_scale(rgb8_t c, uint8_t scale)

  {

      rgb8_t out = {

          .r = (uint8_t)(((uint16_t)c.r * scale + 127u) / 255u),

          .g = (uint8_t)(((uint16_t)c.g * scale + 127u) / 255u),

          .b = (uint8_t)(((uint16_t)c.b * scale + 127u) / 255u),

      };

      return out;

  }

说明：gamma_u8() 做简易 gamma≈2.0 的视觉校正，让低亮度变化更平滑；rgb_scale()

用于呼吸亮度的比例缩放，避免溢出并做四舍五入。

4) 彩虹颜色轮（HSV→RGB 简化版）


  static rgb8_t color_wheel(uint16_t hue)

  {

      rgb8_t c = { 0, 0, 0 };

      uint16_t h = hue % 1536u;

      uint8_t region = (uint8_t)(h >> 8);

      uint8_t offset = (uint8_t)(h & 0xFF);



      switch (region) {

      case 0: c.r = 255; c.g = offset; c.b = 0; break;

      case 1: c.r = (uint8_t)(255 - offset); c.g = 255; c.b = 0; break;

      case 2: c.r = 0; c.g = 255; c.b = offset; break;

      case 3: c.r = 0; c.g = (uint8_t)(255 - offset); c.b = 255; break;

      case 4: c.r = offset; c.g = 0; c.b = 255; break;

      default: c.r = 255; c.g = 0; c.b = (uint8_t)(255 - offset); break;

      }

      return c;

  }

说明：将 hue 划分为 6 个 256 级分段（总 1536 级），每段线性插值一个颜色分量，

用极少运算实现平滑彩虹过渡。

5) 事件驱动的软件 PWM（riscv/src/main.c）


  uint32_t on_r = ((uint32_t)rgb.r * period_us) / 255u;

  uint32_t on_g = ((uint32_t)rgb.g * period_us) / 255u;

  uint32_t on_b = ((uint32_t)rgb.b * period_us) / 255u;



  if (on_r > 0) { LED_On(LED_RED); } else { LED_Off(LED_RED); }

  if (on_g > 0) { LED_On(LED_GREEN); } else { LED_Off(LED_GREEN); }

  if (on_b > 0) { LED_On(LED_BLUE); } else { LED_Off(LED_BLUE); }



  uint32_t off_r = (on_r > 0 && on_r < period_us) ? on_r : period_us;

  uint32_t off_g = (on_g > 0 && on_g < period_us) ? on_g : period_us;

  uint32_t off_b = (on_b > 0 && on_b < period_us) ? on_b : period_us;



  uint32_t elapsed = 0;

  while (1) {

      uint32_t next = period_us;

      if (off_r < next) next = off_r;

      if (off_g < next) next = off_g;

      if (off_b < next) next = off_b;

      if (next == period_us) break;

      if (next > elapsed) { MXC_Delay(next - elapsed); }

      if (off_r == next) { LED_Off(LED_RED); off_r = period_us; }

      if (off_g == next) { LED_Off(LED_GREEN); off_g = period_us; }

      if (off_b == next) { LED_Off(LED_BLUE); off_b = period_us; }

      elapsed = next;

  }

  if (elapsed < period_us) { MXC_Delay(period_us - elapsed); }

说明：将每个通道的“关灯时刻”作为事件进行调度：同一周期内只关心“下一次关断时

间”，避免三路计时器并行，实现清晰的分段延时。

6) 按键去抖（移位寄存器法）

 
  static bool button_filter_pressed_event(button_filter_t *btn, bool

  raw_pressed)

  {

      btn->history = (uint8_t)((btn->history << 1) | (raw_pressed ? 1u : 0u));

      if (btn->history == 0xFF && !btn->stable_pressed) {

          btn->stable_pressed = true;

          return true;

      }

      if (btn->history == 0x00 && btn->stable_pressed) {

          btn->stable_pressed = false;

      }

      return false;

  }

说明：用 8 位移位寄存器记录连续采样结果：8 个 1 才触发“按下事件”；8 个 0 才认

为释放，能有效滤除按键抖动。

7) 主循环节拍调度（PWM → 按键 → 灯效）


  rgb8_t pwm_rgb = {

      .r = gamma_u8(target.r),

      .g = gamma_u8(target.g),

      .b = gamma_u8(target.b),

  };

  rgb_pwm_cycle(pwm_rgb, kPwmPeriodUs);

  now_us += kPwmPeriodUs;



  if (now_us - last_button_sample_us >= kButtonSampleUs) {

      last_button_sample_us += kButtonSampleUs;

      bool b1_event = button_filter_pressed_event(&btn1, PB_Get(BUTTON1) ?

  true : false);

      bool b2_event = button_filter_pressed_event(&btn2, PB_Get(BUTTON2) ?

  true : false);

      /* ... */

  }



  if (now_us - last_effect_tick_us >= kEffectTickUs) {

      last_effect_tick_us += kEffectTickUs;

      /* ... */

  }

说明：以 PWM 周期作为“最小时间片”，用 now_us 累计运行时间；按键采样与灯效更新

分别用“上次时间戳 + 周期”方式调度，避免漂移。

8) 彩虹/呼吸状态机（节拍更新）


  if (mode == EFFECT_RAINBOW) {

      uint16_t step = rainbow_steps[rainbow_speed_level - 1];

      hue = (uint16_t)((hue + step) % 1536u);

      target = color_wheel(hue);

  } else if (mode == EFFECT_BREATH) {

      breath_level += (int16_t)(breath_dir * breath_step);

      /* ... */

      target = rgb_scale(kBreathColors[breath_idx], (uint8_t)breath_level);

  }

说明：彩虹模式通过色相步进遍历颜色轮，速度由 rainbow_steps 定义；呼吸模式用三

角波控制亮度（breath_level 与 breath_dir），再用 rgb_scale() 叠加颜色。

主要代码片段

CM4 启动 RV32（m4/src/main.c）

  printf("ARM: RV_ARM_Loader\r\n");

  MXC_Delay(MXC_DELAY_SEC(2));

  MXC_SYS_RISCVRun();

说明：CM4 侧只负责提示与启动 RV32，业务逻辑全部交给 RV32。

事件驱动的软件 PWM（riscv/src/main.c）


  static void rgb_pwm_cycle(rgb8_t rgb, uint32_t period_us)

  {

      uint32_t on_r = ((uint32_t)rgb.r * period_us) / 255u;

      uint32_t on_g = ((uint32_t)rgb.g * period_us) / 255u;

      uint32_t on_b = ((uint32_t)rgb.b * period_us) / 255u;

      ...

  }

说明：用“事件调度”的方式在一个周期内统一处理 RGB 的开关时刻，避免为每个通道单

独计时，逻辑清晰且易解释。

按键去抖（移位寄存器法）


  static bool button_filter_pressed_event(button_filter_t *btn, bool

  raw_pressed)

  {

      btn->history = (uint8_t)((btn->history << 1) | (raw_pressed ? 1u : 0u));

      if (btn->history == 0xFF && !btn->stable_pressed) {

          btn->stable_pressed = true;

          return true;

      }

      if (btn->history == 0x00 && btn->stable_pressed) {

          btn->stable_pressed = false;

      }

      return false;

  }

说明：连续 8 次采样稳定才认定为“按下”，能有效滤除抖动。

彩虹/呼吸状态机（节拍更新）


  if (mode == EFFECT_RAINBOW) {

      hue = (uint16_t)((hue + step) % 1536u);

      target = color_wheel(hue);

  } else if (mode == EFFECT_BREATH) {

      breath_level += (int16_t)(breath_dir * breath_step);

      ...

      target = rgb_scale(kBreathColors[breath_idx], (uint8_t)breath_level);

  }

说明：灯效以固定 tick 更新，保证动画节奏稳定；参数可调，易于演示和拓展。

4 硬件实现功能展示

展示要点

- 上电后串口打印：

- ARM: RV_ARM_Loader

- RV32: MAX32655FTHR RGB 灯效演示

- BUTTON1: 切换模式 | BUTTON2: 调整参数

- 默认模式为“纯色”，BUTTON2 依次切换预置颜色（含关灯）。

- 按下 BUTTON1 切换到“彩虹”模式，LED 连续渐变；BUTTON2 切换速度（慢/中/快）。

- 再次按 BUTTON1 切换到“呼吸”模式，LED 亮度循环变化；BUTTON2 切换呼吸颜色（红/

绿/蓝/白）。