2、帧率(FPS)测量基础：什么是帧率？如何用LVGL内置工具测量FPS

好，咱们正式开始聊性能调优。第一个绕不开的话题，就是帧率。

你可能听过「60帧流畅，30帧能看」这种说法。但在嵌入式设备上，情况要复杂得多。我见过不少项目，界面跑起来卡卡的，开发人员第一反应就是「优化代码」。其实很多时候，连问题出在哪都没搞清楚。

所以这一节，我们先打好基础。搞清楚帧率到底是什么，以及怎么用LVGL自带的工具把它测出来。

2.1 帧率到底是什么？

帧率，英文叫FPS（Frames Per Second）。说白了，就是每秒钟屏幕能刷新多少次画面。

举个例子：

• 60 FPS：每秒刷新60次，每帧约16.7ms
• 30 FPS：每秒刷新30次，每帧约33.3ms
• 15 FPS：每秒刷新15次，每帧约66.7ms

人眼对画面的流畅度感知，大致有个门槛。我个人习惯把30 FPS当作「及格线」，低于这个值，滑动、动画就会明显感觉卡顿。60 FPS是「优秀线」，大部分场景下已经非常丝滑。

但这里有个坑：帧率不是越高越好。你想想看，如果你的屏幕刷新率只有60Hz，那就算软件跑出100 FPS，实际显示出来的还是60帧。多出来的算力全浪费了，还增加了功耗和发热。

2.2 为什么帧率会掉？

帧率下降，本质上就是「一帧画完的时间超过了预期」。我遇到过的情况，大致分三类：

1. 渲染太慢：比如用了太多透明效果、复杂的渐变、大图片缩放。GPU（如果有的话）忙不过来。
2. CPU被占死：主循环里做了太多计算，比如数据解析、文件读写。LVGL没时间处理绘制任务。
3. 内存带宽不够：尤其是用SPI接口的屏幕，刷一帧数据要很久。这时候就算CPU和GPU再快，也卡在传输上。

嗯，这里要注意：很多时候掉帧不是单一原因造成的。我曾经调试一个项目，发现帧率在20~40之间剧烈波动。一开始以为是渲染问题，折腾了半天。后来用逻辑分析仪一看，原来是SPI时钟频率设低了，加上DMA没配置好。改完之后，帧率直接稳定在55以上。

2.3 LVGL内置的FPS测量工具

LVGL很贴心，自带了一个FPS监控功能。不需要你额外写代码去计时，开个宏就行。

2.3.1 如何开启？

在 lv_conf.h 文件中，找到下面这个宏：

#define LV_USE_PERF_MONITOR 1

把它设为1。然后重新编译、下载固件。你会看到屏幕右上角出现一个小窗口，里面显示着实时数据。

2.3.2 显示的信息怎么看？

开启后，右上角会显示类似这样的内容：

FPS: 58
CPU: 12%

我来解释一下：

• FPS：当前实时帧率。注意是「实时」的，会不断跳动。
• CPU：LVGL绘制任务占用的CPU百分比。注意，这不是整个系统的CPU占用率，只是LVGL这一块的。

这两个数据要结合起来看。比如：

• FPS低，CPU也低（比如10%）：说明瓶颈不在LVGL内部，可能是你的主循环被其他任务卡住了，LVGL没机会运行。
• FPS低，CPU很高（比如90%）：说明LVGL本身在拼命干活，但性能跟不上。这时候需要优化渲染。

我个人习惯，先看CPU占用率。如果CPU占用率不到50%，帧率却很低，那基本可以断定是「外部阻塞」的问题。

2.3.3 代码里怎么用？

如果你想在代码里获取FPS值，做更精细的控制，可以用这个API：

lv_obj_t * perf_monitor = lv_scr_act();
/* 获取FPS值 */
uint32_t fps = lv_refr_get_fps();
/* 获取CPU占用率 */
uint32_t cpu_usage = lv_refr_get_cpu_usage();

这两个函数返回的是整数。你可以把它们打印到串口，或者显示在自定义的调试界面上。

2.4 实战：测量一个简单界面的FPS

光说不练假把式。我们写个最简单的例子，看看实际效果。

void my_fps_test(void)
{
    /* 创建一个按钮 */
    lv_obj_t * btn = lv_btn_create(lv_scr_act());
    lv_obj_set_size(btn, 100, 50);
    lv_obj_center(btn);

    /* 添加一个标签 */
    lv_obj_t * label = lv_label_create(btn);
    lv_label_set_text(label, "点击我");

    /* 创建一个滑动条，增加一点渲染负载 */
    lv_obj_t * slider = lv_slider_create(lv_scr_act());
    lv_obj_set_size(slider, 200, 20);
    lv_obj_align(slider, LV_ALIGN_BOTTOM_MID, 0, -30);
}

把这个函数在你的主循环里调用一次。然后观察右上角的FPS数值。

在大多数MCU上，这个界面的FPS应该能轻松跑到50以上。如果低于30，那你的硬件平台可能有点吃力，或者驱动配置有问题。

我曾经在一个低端Cortex-M3上跑这个测试，结果只有22 FPS。排查了半天，发现是屏幕驱动里用了「软件模拟SPI」，没用硬件SPI。改成硬件SPI+DMA后，直接跳到58 FPS。你看，有时候问题根本不在LVGL本身。

2.5 常见问题与避坑

• FPS显示为0：检查 LV_USE_PERF_MONITOR 是否真的被定义了。有些IDE的预处理器会忽略某些文件。
• FPS跳动剧烈：正常现象。因为LVGL的刷新是「按需刷新」，没有变化时不会重绘。建议观察几秒钟的平均值。
• 开了监控后界面变慢：嗯，监控本身也会消耗一点点性能。但通常影响很小，可以忽略。

下一节，我们会深入分析「哪些操作最耗性能」，以及如何用LVGL的 profiling 工具定位瓶颈。到时候见。