本文將會(huì)分別介紹——使用軟件I2C和硬件I2C在PSoC開發(fā)板上點(diǎn)亮OLED屏，并進(jìn)行屏幕刷新率對(duì)比測(cè)試，最后還會(huì)在硬件I2C的基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化屏幕刷新率。本文實(shí)驗(yàn)使用的OLED屏尺寸為0.96寸，分辨率為128x64，驅(qū)動(dòng)芯片為SSD1306。本文使用的開發(fā)環(huán)境為RT-Thread Studio，設(shè)備上運(yùn)行的是RT-Thread實(shí)時(shí)系統(tǒng)。本文主旨在于，介紹如何在PSoC開發(fā)板上使用軟件I2C和硬件硬件I2C驅(qū)動(dòng)外設(shè)，以及對(duì)于屏幕刷新率優(yōu)化的一些思路。
一、準(zhǔn)備工作
開始之前，需要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的硬件和軟件，接下來(lái)分別介紹。
1.1 硬件準(zhǔn)備
本次實(shí)驗(yàn)需要用到的硬件有：
- RTT&英飛凌PSoC6評(píng)估板
- 0.96寸OLED屏（驅(qū)動(dòng)芯片SSD1306）
- 杜邦線4根
- USB Type-C數(shù)據(jù)線
- 個(gè)人電腦（Windows 10）
1.2 軟件準(zhǔn)備
本次實(shí)驗(yàn)需要使用的軟件主要為：
- RT-Thread Studio
- MobaXterm（其他串口調(diào)試工具也可以）
假設(shè)你已經(jīng)成功在電腦上安裝了以上這些軟件。
1.3 硬件連接
硬件連接分為兩部分，一部分是PC和開發(fā)板，通過(guò)USB Type-C線連接；這個(gè)沒(méi)啥難度，不做過(guò)多介紹；需要注意的是，開發(fā)板一端接DAP口；否則無(wú)法正常下載程序。
另外一部分是，開發(fā)板和OLED屏幕之間的連接，具體如下表所示：
| OLED屏引腳 | 開發(fā)板引腳 |
|---|---|
| SDA | SDA |
| SCL | SCL |
| GND | GND |
| VCC | 3V3 |
開發(fā)板和OLED屏幕之間的硬件連接，如下圖所示：
二、原理分析
這么連接之后，如果主控芯片使用軟件I2C驅(qū)動(dòng)OLED屏，那么什么限制，對(duì)應(yīng)管腳只需要使用GPIO模擬I2C時(shí)序即可。如果想要讓主控芯片使用硬件I2C驅(qū)動(dòng)OLED屏，則需要檢查一下主控芯片對(duì)應(yīng)引腳可以設(shè)置為硬件I2C功能，接下來(lái)即為檢查的過(guò)程。
2.1 開發(fā)板原理圖
首先，檢查開發(fā)板原理圖的Arduino接口部分：
這里只能看到標(biāo)號(hào)，看不到主控芯片的引腳名稱。
所以，還需要繼續(xù)搜索這兩個(gè)引腳的標(biāo)號(hào)，找到主控芯片對(duì)應(yīng)的引腳標(biāo)號(hào)：
對(duì)照這兩處可以知道——Arduino接口I2C引腳和主控芯片直接的連接關(guān)系為：
- SCL：P8.0
- SDA：P8.1
2.2 芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)
《PSoC 6 MCU: CY8C62x8, CY8C62xA Datasheet》文檔的 Pinouts 章節(jié)，Table 8. Multiple Alternate Functions 引腳功能服用表，可以查到P8.0和P8.1的功能有：
可以看到，有scb[4].i2c_scl和scb[4].i2c_sda功能。
也就是說(shuō)，P8.0和P8.1可以設(shè)置為硬件I2C功能。
三、軟件I2C驅(qū)動(dòng)OLED
接下來(lái)，將使用RT-Thread Studio創(chuàng)建項(xiàng)目，并通過(guò)添加軟件包和修改配置的方式，實(shí)現(xiàn)使用軟件I2C驅(qū)動(dòng)OLED屏幕。
3.1 創(chuàng)建RT-Thread項(xiàng)目
在RT-Thread Studio中，打開“文件”→“新建”→”RT-Thread項(xiàng)目”菜單，如下圖所示：
在彈出的創(chuàng)建項(xiàng)目界面中，Project name中填入psoc6_oled，選中基于開發(fā)板的項(xiàng)目，如下圖所示：
點(diǎn)擊“完成”，即可創(chuàng)建名為psoc6_oled的項(xiàng)目。
3.2 添加ssd1306軟件包
創(chuàng)建項(xiàng)目后，雙擊項(xiàng)目資源管理器視圖中，項(xiàng)目下方的“RT-Thread Settings”，主編輯區(qū)如下圖所示：
點(diǎn)擊其中的“添加軟件包”，彈出的軟件包搜索界面，如下圖所示：
按照?qǐng)D中標(biāo)注的操作順序，即可將ssd1306軟件包添加到當(dāng)前項(xiàng)目。
添加完成后，主編輯區(qū)如下圖所示：
此時(shí)，按Ctrl+S快捷鍵，保存對(duì)項(xiàng)目配置的修改。如果網(wǎng)絡(luò)通常，則會(huì)在控制臺(tái)窗口中看到ssd1306軟件包正常下載的日志：
這樣，ssd1306軟件包就成功添加到項(xiàng)目中了，位于packages子目錄下：
3.3 配置軟件I2C和ssd1306軟件包
接下來(lái)，在RT-Thread Studio主編輯器，點(diǎn)擊詳細(xì)配置按鈕，按鈕位置如下圖所示：
主編輯器將會(huì)顯示詳細(xì)配置：
切換到“硬件”標(biāo)簽頁(yè)，找到“Enable Software I2C”選項(xiàng)，并打開該選項(xiàng)，如下圖所示：
接著，打開“使能I2C1 BUS”，并將scl和sda中分別改為64和65，如下圖所示：
然后，在搜索框輸入ssd1306，彈出懸浮菜單后，單擊該懸浮菜單，如下圖所示：
勾選“Enable debug log output”和“Enable ssd1306 sample”，如下圖所示：
最后，按Ctrl+S保存對(duì)所有配置項(xiàng)的修改。
3.4 編譯和下載程序
首先，點(diǎn)擊工具欄的錘子圖標(biāo)，或者按Ctrl+B快捷鍵，觸發(fā)項(xiàng)目構(gòu)建（全部編譯）：
項(xiàng)目構(gòu)建完成后，可以在控制臺(tái)窗口看到生成了elf文件，以及預(yù)計(jì)Flash和RAM占用情況：
接著，點(diǎn)擊工具欄上的下載圖標(biāo)，或者Ctrl+Alt+D快捷鍵，觸發(fā)下載程序二進(jìn)制文件到開發(fā)板上，如下圖：
下載過(guò)程中以及下載完成后，控制臺(tái)窗都可以看到日志輸出：
PS：開始下載之前，需要確認(rèn)開發(fā)板以及和PC正確連接了（開發(fā)板要連在DAP口上，并能夠正常識(shí)別）。
3.5 運(yùn)行和測(cè)試程序
為了方便在串口中進(jìn)行命令控制，運(yùn)行之前，需要先打開MobaXterm（或者其他串口調(diào)試工具）：
如上圖所示，選中對(duì)應(yīng)的COM號(hào)，串口參數(shù)設(shè)置為：
- 波特率 115200
- 數(shù)據(jù)位 8
- 停止位 1
- 校驗(yàn) None
- 流控 None
之后，點(diǎn)OK確認(rèn)連接。
連接成功后，按開發(fā)板的復(fù)位鍵，可以看到串口連接中輸出：
此時(shí)輸入help命令并回車：
可以看到，有ssd1306_TestAll命令。
輸入ssd1306_TestAll命令并回車，如無(wú)意外，將會(huì)看到OLED屏幕上已經(jīng)有畫面顯示了：
但是此時(shí)的幀率較低，測(cè)試顯示僅有2幀每秒：
四、硬件I2C驅(qū)動(dòng)OLED
方便起見，接下來(lái)將不再創(chuàng)建新項(xiàng)目，而是在剛剛創(chuàng)建的RT-Thread Studio項(xiàng)目上進(jìn)行修改，通過(guò)修改配置的方式，實(shí)現(xiàn)使用硬件I2C驅(qū)動(dòng)OLED屏幕。
4.1 增加I2C4配置和代碼
RT-Thread Studio默認(rèn)創(chuàng)建的項(xiàng)目不支持I2C4，不能實(shí)現(xiàn)硬件I2C驅(qū)動(dòng)OLED。因此，需要先添加I2C4配置和代碼，才能進(jìn)行后續(xù)操作。
首先，修改 board/Kconfig 文件，在config BSP_USING_HW_I2C6之前添加如下代碼行：
config BSP_USING_HW_I2C4
bool "Enable I2C4 Bus (Arduino I2C)"
default n
if BSP_USING_HW_I2C4
comment "Notice: P8_0 --> 64; P8_1 --> 65"
config BSP_I2C4_SCL_PIN
int "i2c4 SCL pin number"
range 1 113
default 64
config BSP_I2C4_SDA_PIN
int "i2c4 SDA pin number"
range 1 113
default 65
endif
接著，修改 libraries/HAL_Drivers/SConscript 文件，找到 src += [‘drv_i2c.c’] 前一行，添加一個(gè)條件：
if GetDepend('BSP_USING_HW_I2C3') or GetDepend('BSP_USING_HW_I2C4') or GetDepend('BSP_USING_HW_I2C6'):
最后，修改 libraries/HAL_Drivers/drv_i2c.c 文件，具體修改內(nèi)容為：
--- a/libraries/HAL_Drivers/drv_i2c.c
+++ b/libraries/HAL_Drivers/drv_i2c.c
@@ -11,7 +11,7 @@
#include "board.h"
#if defined(RT_USING_I2C)
-#if defined(BSP_USING_HW_I2C3) || defined(BSP_USING_HW_I2C6)
+#if defined(BSP_USING_HW_I2C3) || defined(BSP_USING_HW_I2C4) || defined(BSP_USING_HW_I2C6)
#include <rtdevice.h>
#ifndef I2C3_CONFIG
@@ -22,7 +22,16 @@
.sda_pin = BSP_I2C3_SDA_PIN, \
}
#endif /* I2C3_CONFIG */
-#endif
+
+#ifndef I2C4_CONFIG
+#define I2C4_CONFIG \
+ { \
+ .name = "i2c4", \
+ .scl_pin = BSP_I2C4_SCL_PIN, \
+ .sda_pin = BSP_I2C4_SDA_PIN, \
+ }
+#endif /* I2C4_CONFIG */
+
#ifndef I2C6_CONFIG
#define I2C6_CONFIG \
{ \
@@ -32,11 +41,16 @@
}
#endif /* I2C6_CONFIG */
+#endif /* defined(BSP_USING_I2C1) || defined(BSP_USING_I2C2) */
+
enum
{
#ifdef BSP_USING_HW_I2C3
I2C3_INDEX,
#endif
+#ifdef BSP_USING_HW_I2C4
+ I2C4_INDEX,
+#endif
#ifdef BSP_USING_HW_I2C6
I2C6_INDEX,
#endif
@@ -63,6 +77,10 @@ static struct ifx_i2c_config i2c_config[] =
I2C3_CONFIG,
#endif
+#ifdef BSP_USING_HW_I2C4
+ I2C4_CONFIG,
+#endif
+
#ifdef BSP_USING_HW_I2C6
I2C6_CONFIG,
#endif
@@ -145,8 +163,7 @@ void HAL_I2C_Init(struct ifx_i2c *obj)
int rt_hw_i2c_init(void)
{
- rt_err_t result;
- cyhal_i2c_t mI2C;
+ rt_err_t result = RT_EOK;
for (int i = 0; i < sizeof(i2c_config) / sizeof(i2c_config[0]); i++)
{
@@ -157,8 +174,6 @@ int rt_hw_i2c_init(void)
i2c_objs[i].mI2C_cfg.address = 0;
i2c_objs[i].mI2C_cfg.frequencyhal_hz = (400000UL);
- i2c_objs[i].mI2C = mI2C;
-
i2c_objs[i].i2c_bus.ops = &i2c_ops;
HAL_I2C_Init(&i2c_objs[i]);
@@ -171,4 +186,4 @@ int rt_hw_i2c_init(void)
}
INIT_DEVICE_EXPORT(rt_hw_i2c_init);
-#endif /* defined(BSP_USING_I2C1) || defined(BSP_USING_I2C2) */
+#endif /* RT_USING_I2C */
4.1 修改I2C和ssd1306軟件包配置
首先，打開RT-Thread Settings的詳細(xì)配置，切換到硬件標(biāo)簽頁(yè)，關(guān)閉“Enable Software I2C Bus”配置項(xiàng)，如下圖所示：
接著，打開“Enable Hardware I2C Bus”配置項(xiàng)，再打開其中的“Enable I2C4 Bus (Arduino I2C)”配置項(xiàng)，如下圖所示：
最后，再次搜索ssd1306，點(diǎn)擊懸浮菜單，跳回到ssd1306配置，修改I2C bus name為 i2c4 ，如下圖所示：
完成修改后，按Ctrl+S保存配置。
4.2 編譯、下載、運(yùn)行
重新Ctrl+B編譯，Ctrl+Alt+D下載，按RESET鍵復(fù)位之后，重新運(yùn)行 ssd1306_TestAll 命令，可以看到，OLED屏幕成功顯示畫面了。
并且，這一次測(cè)得的幀率為7fps，如下圖所示：
這次顯示畫面快了很多，之前只有2fps，現(xiàn)在已經(jīng)7fps了；但還是不夠高，還可以繼續(xù)優(yōu)化。
接下來(lái)繼續(xù)優(yōu)化，提高幀率，提高幀率的思路：
- 提高I2C時(shí)鐘信號(hào)頻率
- 減少一幀畫面發(fā)送數(shù)據(jù)量
4.3 提高I2C時(shí)鐘信號(hào)頻率
接下來(lái)，分別從這兩方面嘗試提升幀率。
首先是提升I2C頻率，默認(rèn)的速度寫在drv_i2c.c代碼里面：
i2c_objs[i].mI2C_cfg.frequencyhal_hz = (400000UL); // 400K
查閱芯片手冊(cè)，可以知道CY8C624ABZI芯片I2C最高支持1Mbps：
將drv_i2c.c里面的默認(rèn)I2C頻率改為1M之后，測(cè)試顯示的幀率為12fps：
4.5 減少一幀畫面發(fā)送數(shù)據(jù)量
查看ssd1306.c文件，發(fā)現(xiàn)可以優(yōu)化的代碼：
// Send data
void ssd1306_WriteData(uint8_t* buffer, size_t buff_size)
{
#if PKG_USING_SSD1306_HW_I2C
HAL_I2C_Mem_Write(&SSD1306_I2C_PORT, SSD1306_I2C_ADDR, 0x40, 1, buffer, buff_size, HAL_MAX_DELAY);
#else
for (int i = 0; i < buff_size; i++)
{
uint8_t buf[2] = {SSD1306_CTRL_DATA, buffer[i]};
rt_i2c_master_send(i2c_bus, SSD1306_I2C_ADDR, RT_I2C_WR, buf, 2);
}
#endif
}
這段代碼中，PKG_USING_SSD1306_HW_I2C 宏內(nèi)部的分支是STM32的代碼，不用關(guān)系，主要看下面的分支；
下面的分支，使用了一個(gè)for循環(huán)，調(diào)用rt_i2c_master_send接口，每次卻只發(fā)送兩個(gè)字節(jié)，存在重復(fù)的大量的SSD1306_CTRL_DATA字節(jié)。
查詢SSD1306數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以知道，它是支持在一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)記字節(jié)之后，連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的：
相應(yīng)的可以優(yōu)化為：
// Send data
void ssd1306_WriteData(uint8_t* buffer, size_t buff_size)
{
uint32_t len = buff_size + 1;
uint8_t* data = rt_malloc(len); // 申請(qǐng)一個(gè)更大的緩沖
RT_ASSERT(data);
// 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)
data[0] = SSD1306_CTRL_DATA;
rt_memcpy(&data[1], buffer, buff_size);
// 發(fā)送
rt_i2c_master_send(i2c_bus, SSD1306_I2C_ADDR, RT_I2C_WR, data, len);
rt_free(data); // 釋放
}
這段代碼修改之后，再次運(yùn)行，測(cè)得幀率為45fps：
更進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)還有優(yōu)化空間：
void ssd1306_UpdateScreen(void)
{
// Write data to each page of RAM. Number of pages
// depends on the screen height:
//
// * 32px == 4 pages
// * 64px == 8 pages
// * 128px == 16 pages
for(uint8_t i = 0; i < SSD1306_HEIGHT/8; i++)
{
ssd1306_WriteCommand(0xB0 + i); // Set the current RAM page address.
ssd1306_WriteCommand(0x00);
ssd1306_WriteCommand(0x10);
ssd1306_WriteData(&SSD1306_Buffer[SSD1306_WIDTH*i],SSD1306_WIDTH);
}
}
這個(gè)函數(shù)里面，從注釋可以知道，對(duì)于128x64分辨率的屏，會(huì)分為8頁(yè)進(jìn)行發(fā)送；每個(gè)頁(yè)面發(fā)送開始的時(shí)候，會(huì)調(diào)用三次ssd1306_WriteCommand函數(shù)。
實(shí)際上可以不需要重復(fù)調(diào)用ssd1306_WriteCommand函數(shù)：
void ssd1306_UpdateScreen(void)
{
uint8_t cmd[] = {
0X21, // 設(shè)置列起始和結(jié)束地址
0X00, // 列起始地址 0
0X7F, // 列終止地址 127
0X22, // 設(shè)置頁(yè)起始和結(jié)束地址
0X00, // 頁(yè)起始地址 0
0X07, // 頁(yè)終止地址 7
};
uint32_t count = 0;
uint8_t data[2 * sizeof(cmd) + 1 + SSD1306_BUFFER_SIZE ] = {};
// copy cmd
for (uint32_t i = 0; i < sizeof(cmd)/sizeof(cmd[0]); i++) {
data[count++] = SSD1306_CTRL_CMD | SSD1306_MASK_CONT;
data[count++] = cmd[i];
}
// copy frame data
data[count++] = SSD1306_CTRL_DATA;
memcpy(&data[count], SSD1306_Buffer, sizeof(SSD1306_Buffer));
count += sizeof(SSD1306_Buffer);
// send to i2c bus
rt_i2c_master_send(i2c_bus, SSD1306_I2C_ADDR, RT_I2C_WR, data, count);
}
非?？炝耍呀?jīng)是最初2fps的25倍。
最終達(dá)到的幀率并沒(méi)有達(dá)到OLED屏幕的物理極限，可能還存在一些優(yōu)化空間，感興趣的讀者還可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)探索。文章來(lái)源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-599815.html
文章就到這里，感謝閱讀，下次再會(huì)~文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-599815.html
五、參考鏈接
- RTT PSoC開發(fā)板原理圖：IFX-PSoC6-RT-Thread-sch.pdf (gitee.com)
- CY8C624A 芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)：Infineon-PSOC_6_MCU_CY8C62X8_CY8C62XA-DataSheet-v18_00-EN.pdf
- CY8C624A 架構(gòu)參考手冊(cè)： Infineon-PSoC_6_MCU_CY8C6xx8_CY8C6xxA_Architecture_Technical_Reference_Manual_(TRM)-AdditionalTechnicalInformation-v08_00-EN.pdf
- CY8C624A 寄存器參考手冊(cè)： Infineon-PSoC_6_MCU_CY8C62x8_CY8C62xA_Registers_Technical_Reference_Manual-AdditionalTechnicalInformation-v06_00-EN.pdf
- Cypress HAL接口參考： Redirecting to Infineon GitHub (cypresssemiconductorco.github.io)
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