lcd驱动应该怎么写?

lcd驱动应该怎么写?

 

网络上配套STM32开发板有很多LCD例程,主要是TFT LCD跟OLED的。从这些例程,大家都能学会如何点亮一个LCD。 但是不知道有多少人会直接使用这些代码,至少我不用,不是不用,而是用不了。这代码都有下面这些问题:

1 分层不清晰,通俗讲就是模块化太差。 2 接口乱。只要接口不乱,分层就会好很多了。 3 可移植性差。 4 通用性差。

为什么这样说呢?如果你已经了解了LCD的操作,请思考如下情景:

1 代码空间不够,只能保留9341的驱动,其他LCD驱动全部删除。能一键(一个宏定义)删除吗?删除后要改多少地方才能编译通过? 2 有一个新产品,收银设备。系统有两个LCD,都是OLED,驱动IC相同,但是一个是128x64,另一个是128x32像素,一个叫做主显示,收银员用;一个叫顾显,顾客看金额。怎么办?这些例程代码要怎么改才能支持两个屏幕?全部代码复制粘贴然后改函数名称?这样确实能完成任务,只不过程序从此就进入恶性循环了,变成史山了。 3 一个OLED,原来接在这些IO,后来改到别的IO,容易改吗? 4 原来只是支持中文,现在要卖到南美,要支持多米尼加语言,好改吗?

如果能想清楚这些问题,相信你代码能力很不错了。

LCD种类概述

在讨论怎么写LCD驱动之前,我们先大概了解一下嵌入式常用LCD。概述一些跟驱动架构设计有关的概念,在此不对原理和细节做深入讨论,会有专门文章介绍,或者参考网络文档。

TFT lcd

TFT LCD,也就是我们常说的彩屏。 通常像素较高,例如常见的2.8寸,320X240像素。4.0寸的,像素800X400。 这些屏通常使用并口,也就是8080或6800接口(STM32 的FSMC接口);或者是RGB接口,STM32F429等芯片支持。 其他例如手机上使用的有MIPI接口。总之,接口种类很多。 也有一些支持SPI接口的。除非是比较小的屏幕,否则不建议使用SPI接口,速度慢,刷屏闪屏。 玩STM32常用的TFT lcd屏幕驱动IC通常有:ILI9341/ILI9325等。 2.8寸 tft lcd 2.8 4寸 IPS 3.0

COG lcd

很多人可能不知道COG LCD是什么,我觉得跟现在开发板销售方向有关系,大家都出大屏,玩酷炫界面,对于更深的技术,例如软件架构设计,都不涉及。使用单片机的产品,COG LCD其实占比非常大。 所谓的COG LCD,

COG是Chip On Glass的缩写,就是驱动芯片直接绑定在玻璃上,透明的。

实物像下图: cog 这种LCD通常像素不高,常用的有128X64,128X32。一般只支持黑白显示,也有灰度屏。

接口通常是SPI,I2C。也有号称支持8位并口的,不过基本不会用,3根IO能解决的问题,没必要用8根吧? 常用的驱动IC:STR7565。

OLED lcd

买过开发板的应该基本用过。新技术,大家都感觉高档,在手环等产品常用。OLED目前屏幕较小,大一点的都很贵。 在控制上跟COG LCD类似,区别是两者的显示方式不一样。从我们程序角度来看,最大的差别就是,OLED LCD,不用控制背光。。。。。 实物如下图, oled 常见的是SPI跟I2C接口。 常见驱动IC:SSD1615。

硬件场景

接下来的讨论,都基于以下硬件信息: 1 有一个TFT屏幕,接在硬件的FSMC接口,什么型号屏幕?不知道。 2 有一个COG lcd,接在几根普通IO口上,驱动IC是STR7565,128X32像素。 3 有一个COG LCD,接在硬件SPI3跟几根IO口上,驱动IC是STR7565,128x64像素。 4 有一个OLED LCD,接在SPI3上,使用CS2控制片选,驱动IC是SSD1315。 场景

预备知识

在进入讨论之前,我们先大概说一下下面几个概念,对于这些概念,如果你想深入了解,请GOOGLE。

面向对象

面向对象,是编程界的一个概念,常在C++中出现。什么叫面向对象呢? 编程有两种要素:程序(方法),数据(属性)。 例如:一个LED,我们可以点亮或者熄灭它,这叫方法。 LED什么状态?亮还是灭?这就是属性。 我们通常这样编程:

这样的编程有一个问题,假如我们有10个这样的LED,怎么写? 这时我们可以引入面向对象编程,将每一个LED封装为一个对象。可以这样做:

是的,在C语言中,实现面向对象的手段就是结构体的使用。 上面的代码,对于API来说,就很友好了。 操作所有LED,使用同一个接口,只需告诉接口哪个LED。 大家想想,前面说的LCD硬件场景。 4个LCD,如果不面向对象,显示汉字的接口是不是要实现4个?每个屏幕一个?

驱动与设备分离

如果要深入了解驱动与设备分离,请看LINUX驱动的书籍。

什么是设备?我认为的设备就是属性,就是参数,就是驱动程序要用到的数据和硬件接口信息 那么驱动就是控制这些数据和接口的代码过程

通常来说,如果LCD的驱动IC相同,就用相同的驱动。有些不同的IC也可以用相同的,例如SSD1315跟STR7565,除了初始化,其他都可以用相同的驱动。 例如一个COG lcd:

驱动IC是STR7565 128*64像素 用SPI3 背光用PF5 命令线用PF4 复位脚用PF3

上面所有的信息综合,就是一个设备。 驱动就是STR7565的驱动代码。

为什么要驱动跟设备分离,因为要解决下面问题:

2 有一个新产品,收银设备。系统有两个LCD,都是OLED,驱动IC相同,但是一个是128x64,另一个是128x32像素,一个叫做主显示,收银员用;一个叫顾显,顾客看金额。怎么办?这些例程代码要怎么改才能支持两个屏幕?全部代码复制粘贴然后改函数名称?这样确实能完成任务,只不过程序从此就进入恶性循环了,变成史山了。

这个问题,两个设备用同一套程序控制才是最好的解决办法。 驱动与设备分离的手段:

在驱动程序接口函数的参数中增加设备参数,驱动用到的所有资源从设备参数传入。

驱动如何跟设备绑定呢?通过设备的驱动IC型号。

模块化

我认为模块化就是将一段程序封装,提供稳定的接口给不同的驱动使用。 不模块化就是,在不同的驱动中都实现这段程序。 例如字库处理,在显示汉字的时候,我们要找点阵,在打印机打印汉字的时候,我们也要找点阵,你觉得程序要怎么写? 把点阵处理做成一个模块,就是模块化。 非模块化的典型特征就是一根线串到底,没有任何层次感

LCD到底是什么

前面我们说了面向对象,现在要对LCD进行抽象,得出一个对象,就需要知道LCD到底是什么。 问自己下面几个问题: 1 LCD能做什么? 2 要LCD做什么? 3 谁想要LCD做什么?

刚刚接触嵌入式的朋友可能不是很了解,可能会想不通。我们模拟一下LCD的功能操作数据流。 APP想要在LCD上显示 一个汉字。

1 首先,需要一个显示汉字的接口,APP调用这个接口就可以显示汉字,假设接口叫做lcd_display_hz。 2 汉字从哪来?从点阵字库来,所以在lcd_display_hz函数内就要调用一个叫做find_font的函数获取点阵。 3 获取点阵后要将点阵显示到LCD上,那么我们调用一个ILL9341_dis的接口,将点阵刷新到驱动IC型号为ILI9341的LCD上。 4 ILI9341_dis怎么将点阵显示上去?调用一个8080_WRITE的接口。

好的,这个就是大概过程,我们从这个过程去抽象LCD功能接口。 汉字跟LCD对象有关吗?无关。在LCD眼里,无论汉字还是图片,都是一个个点。 那么前面问题的答案就是:

1 LCD可以一个点一个点显示内容。 2 要LCD显示汉字或图片-----就是显示一堆点 3 APP想要LCD显示图片或文字。

结论就是: 所有LCD对象的功能就是显示点。 那么驱动只要提供显示点的接口就可以了,显示一个点,显示一片点。 抽象接口如下:

上面的接口,也就是对应的驱动,包含了一个驱动id号。

1 id,驱动型号 2 初始化 3 画点 4 将一片区域的点显示某种颜色 5 将一片区域的点显示某些颜色 6 显示开关 7 准备刷新区域(主要彩屏直接DMA刷屏使用) 8 设置扫描方向 9 背光控制

显示字符,划线等功能,不属于LCD驱动。应该归类到GUI层。

LCD驱动框架

我们设计了如下的驱动框架 驱动框架 设计思路: 1 中间显示驱动IC驱动程序提供统一接口,接口形式如前面说的_lcd_drv结构体。 2 各显示IC驱动根据设备参数,调用不同的接口驱动。例如TFT就用8080驱动,其他的都用SPI驱动。 SPI驱动只有一份,用IO口控制的我们也做成模拟SPI。 3 LCD驱动层做LCD管理,例如完成TFT LCD的识别。并且将所有LCD接口封装为一套接口。 4 简易GUI层封装了一些显示函数,例如划线、字符显示 5 字体点阵模块提供点阵获取与处理接口。

由于嵌入式实际没那么复杂,在例程中我们将GUI跟LCD驱动层放到一起。 TFT LCD的两个驱动也放到一个文件,但是逻辑是分开的。 OLED除初始化,其他接口跟COG LCD基本一样,因此这两个驱动也放在一个文件。

代码分析

代码分三层:

  1. GUI和LCD驱动层 dev_lcd.c dev_lcd.h
  2. 显示驱动IC层 dev_str7565.c & dev_str7565.h dev_ILI9341.c & dev_ILI9341.h
  3. 接口层 mcu_spi.c & mcu_spi.h stm324xg_eval_fsmc_sram.c & stm324xg_eval_fsmc_sram.h

GUI和LCD层

这层主要有3个功能 1 设备管理 首先定义了一堆LCD参数结构体,结构体包含ID,像素。 并且把这些结构体组合到一个list数组内。

然后定义了所有驱动list数组,数组内容就是驱动,在对应的驱动文件内实现。

定义了设备树,即是定义了系统有多少个LCD,接在哪个接口,什么驱动IC。 如果是一个完整系统,可以做成一个类似LINUX的设备树。

2 接口封装

大部分接口都是对驱动IC接口的二次封装。有区别的是初始化和打开接口。 初始化,就是根据前面定义的设备树,寻找对应驱动,找到对应设备参数,并完成设备初始化。 打开函数,根据传入的设备名称,查找设备,找到后返回设备句柄,后续的操作全部需要这个设备句柄。

3 简易GUI层 目前最重要就是显示字符函数。

其他划线画圆的函数目前只是测试,后续会完善。

驱动IC层

驱动IC层分两部分 1 封装LCD接口 LCD有使用8080总线的,有使用SPI总线的,有使用VSPI总线的。这些总线的函数由单独文件实现。 但是,除了这些通信信号外,LCD还会有复位信号,命令数据线信号,背光信号等。 我们通过函数封装,将这些信号跟通信接口一起封装为LCD通信总线, 也就是buslcd。 BUS_8080在dev_ILI9341.c文件中封装。 BUS_LCD1和BUS_lcd2在dev_str7565.c 中封装。 2 驱动实现 实现_lcd_drv驱动结构体。每个驱动都实现一个,某些驱动可以共用函数。

接口层

8080层比较简单,用的是官方接口。 SPI接口提供下面操作函数,可以操作SPI,也可以操作VSPI。

至于SPI为什么这样写,会有一个单独文件说明。

总体流程

前面说的几个模块时如何联系在一起的呢? 请看下面结构体:

每一个设备都会有一个这样的结构体,这个结构体在初始化LCD时初始化。

  • 成员dev指向设备树,从这个成员可以知道设备名称,挂在哪个LCD总线,设备ID。

-成员pra指向LCD参数,可以知道LCD的规格。

-成员drv指向驱动,所有操作通过drv实现。

  • 成员dir、scandir、 width、 height是驱动要使用的通用变量。因为每个LCD都有一个结构体,一套驱动程序就能控制多个设备而互不干扰。
  • 成员pri是一个私有指针,某些驱动可能需要有些比较特殊的变量,就全部用这个指针记录,通常这个指针指向一个结构体,结构体由驱动定义,并且在设备初始化时申请变量空间。 目前主要用于COG LCD跟OLED LCD显示缓存。

整个LCD驱动,就通过这个结构体组合在一起。

1 初始化,根据设备树,找到驱动跟参数,然后初始化上面说的结构体。 2 要使用LCD前,调用dev_lcd_open函数。打开成功就返回一个上面的结构体指针。 3 显示字符,接口找到点阵后,通过上面结构体的drv,调用对应的驱动程序。 4 驱动程序根据这个结构体,决定操作哪个LCD总线,并且使用这个结构体的变量。

用法和好处

  • 好处1

请看测试程序

使用一个函数dev_lcd_open,可以打开3个LCD,获取LCD设备。 然后调用dev_lcd_put_string就可以在不同的LCD上显示。 其他所有的gui操作接口都只有一个。 这样的设计对于APP层来说,就很友好。 显示效果 显示效果

  • 好处2

现在的设备树是这样定义的

某天,oled lcd要接到SPI上,只需要将设备树数组里面的参数改一下,就可以了,当然,在一个接口上不能接两个设备。

字库

暂时不做细说,例程的字库放在SD卡中,各位移植的时候根据需要修改。 具体参考font.c

声明

1 代码请按照版权协议使用。 2 当前源码只是一个能用的设计,完整性与健壮性尚未测试。 3 后续会放到github,并且持续更新优化。 4 最新消息请关注www.wujique.com.

更多

  1. 其他更多信息请参考附件源码。 这个源码是在STM32F407芯片上的。 官网www.wujique.com,最新资料源码可从官网下载。
  2. 资料和源码共享在百度云

链接: https://pan.baidu.com/s/1H4sD9XpXz83YTTXoSIyFXQ 提取码:52f3

在W2XX-LCD目录下。


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