NUC980 執行 RT-Thread 驅動 SPI 介面 OLED 播放 badapple
badapple 是什麼，上網隨便查了下，沒看出個究竟，不過有個關於這個挺火的標籤或者主題 《 有螢幕的地方就有 badapple 》，網上有很多人用很多方式播放 badapple 動畫，有用微控制器在 OLED、LCD、LED點陣播放，有在 PC 上用各種程式語言、以各種形式播放，還有在示波器上播放。我之前也玩過
我用到的 badapple 資料是從這裡 OLED-STM32 找到的，在這裡，badapple 動畫資料被做成了一個二進位制檔案，因為是在一個 128 X64 的OLED上播放，badapple 資料被做成了一幀是128 X 64 個點的單色點陣圖形式，可以直接寫入 OLED上顯示，看了下這個檔案：
有 5.13 M byte，一幀是 128 X 64 / 8 = 1024 位元組的話，就有 5383168 /1024 = 5257 幀了。
用微控制器來播放，微控制器內部 Flash 一般都比較小，無法把 badapple 資料放入微控制器自帶的 Flash 中，所以用微控制器播放的話，大概就 2 種思路：
- 把 badapple 放到外部儲存，如 SPI Flash、SD 卡等，微控制器從這些儲存裝置讀出資料，然後顯示到顯示器上，
- PC 或者 手機 等把 badapple 資料通過通訊介面傳送給 MCU，通訊介面可以是UART、USB、網路、藍芽等，微控制器從這些通訊介面接收到資料然後顯示到顯示器上
這裡嘗試把 badapple 資料編譯進 nuc980 韌體中，這樣的話，編譯出來的韌體至少 5.13 M位元組，對於只能用內部flash儲存韌體的微控制器來說的話，應該是不行的，我還沒見到過內部flash有這麼大的微控制器。對於 NUC980 可以用外部flash、有這麼大的 DRAM，是完全可以實現的，就像之前說的，為所欲為了，如果 NUC980 跑 Linux 的話，這5點幾兆算小了。
這裡要做的有：
- 先把顯示器驅動起來，
- 解決怎麼把 badapple 資料編譯進韌體
硬體
我這裡用到的顯示器是 SPI 介面的 OLED 模組，驅動晶片是 SSD1306，如下：
既然是使用 SPI介面，就要用到 NUC980 的SPI介面了，上圖，還是這樣用過了好幾次的圖，NuMaker-RTU-NUC980 板子引出的 IO：
可以看到板子上引出了 SPI0，還需要 2 個 GPIO 用於 OELD的 RST、DC，接線如下：
OLED NUC980
D0 <-- PC6
D1 <-- PC8
RST <-- PB4
DC <-- PB6
CS <-- PC5
實物如下：
把 OLED 驅動起來
RT-Thread 中 SPI 介面也有相應的驅動框架、對於的API，具體可以檢視 RT-Thread 相應文件 -- SPI裝置 ，
首先定義一個 spi 裝置，然後掛載到 SPI0，設定 SPI 引數，並把另外用到的 2 個 IO 設定為輸出，如下：
static struct rt_spi_device spi_dev_lcd;
#define SSD1306_DC_PIN NU_GET_PININDEX(NU_PB, 6)
#define SSD1306_RES_PIN NU_GET_PININDEX(NU_PB, 4)
static int rt_hw_ssd1306_config(void)
{
if (rt_spi_bus_attach_device(&spi_dev_lcd, "lcd_ssd1306", "spi0", RT_NULL) != RT_EOK)
return -RT_ERROR;
/* config spi */
{
struct rt_spi_configuration cfg;
cfg.data_width = 8;
cfg.mode = RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_3 | RT_SPI_MSB;
cfg.max_hz = 42 * 1000 * 1000; /* 42M,SPI max 42MHz,lcd 4-wire spi */
rt_spi_configure(&spi_dev_lcd, &cfg);
}
rt_pin_mode(SSD1306_DC_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
rt_pin_mode(SSD1306_RES_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);
return RT_EOK;
}
然後實現對 OLED 寫命令、資料函式：
static rt_err_t ssd1306_write_cmd(const rt_uint8_t cmd)
{
rt_size_t len;
rt_pin_write(SSD1306_DC_PIN, PIN_LOW);
rt_spi_transfer(&spi_dev_lcd, (const void *)&cmd, NULL, 1);
if (len != 1)
{
LOG_I("ssd1306_write_cmd error. %d", len);
return -RT_ERROR;
}
else
{
return RT_EOK;
}
}
static rt_err_t ssd1306_write_data(const rt_uint8_t data)
{
rt_size_t len;
rt_pin_write(SSD1306_DC_PIN, PIN_HIGH);
rt_spi_transfer(&spi_dev_lcd, (const void *)&data, NULL, 1);
if (len != 1)
{
LOG_I("ssd1306_write_data error. %d", len);
return -RT_ERROR;
}
else
{
return RT_EOK;
}
}
實現 OLED 初始化、寫屏、清屏函式：
void ssd1306_fill(uint8_t *dat)
{
uint8_t i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
ssd1306_write_cmd (0xb0+i);
ssd1306_write_cmd (0x00);
ssd1306_write_cmd (0x10);
for(n=0;n<128;n++)
{
ssd1306_write_data(*dat);
dat ++;
}
}
}
void ssd1306_clear(void)
{
uint8_t i,n;
for(i=0;i<8;i++)
{
ssd1306_write_cmd (0xb0+i);
ssd1306_write_cmd (0x00);
ssd1306_write_cmd (0x10);
for(n=0;n<128;n++)
{
ssd1306_write_data(0x00);
dat ++;
}
}
}
static int rt_hw_ssd1306_init(void)
{
rt_hw_ssd1306_config();
rt_pin_write(SSD1306_RES_PIN, PIN_HIGH);
rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND / 10);
rt_pin_write(SSD1306_RES_PIN, PIN_LOW);
//wait at least 100ms for reset
rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND / 10);
rt_pin_write(SSD1306_RES_PIN, PIN_HIGH);
ssd1306_write_cmd(0xAE);
ssd1306_write_cmd(0xD5);
ssd1306_write_cmd(80);
ssd1306_write_cmd(0xA8);
ssd1306_write_cmd(0X3F);
ssd1306_write_cmd(0xD3);
ssd1306_write_cmd(0X00);
ssd1306_write_cmd(0x40);
ssd1306_write_cmd(0x8D);
ssd1306_write_cmd(0x14);
ssd1306_write_cmd(0x20);
ssd1306_write_cmd(0x02);
ssd1306_write_cmd(0xA1);
ssd1306_write_cmd(0xC0);
ssd1306_write_cmd(0xDA);
ssd1306_write_cmd(0x12);
ssd1306_write_cmd(0x81);
ssd1306_write_cmd(0xEF);
ssd1306_write_cmd(0xD9);
ssd1306_write_cmd(0xf1);
ssd1306_write_cmd(0xDB);
ssd1306_write_cmd(0x30);
ssd1306_write_cmd(0xA4);
ssd1306_write_cmd(0xA6);
ssd1306_write_cmd(0xAF);
ssd1306_clear();
return RT_EOK;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_ssd1306_init);
把 badapple 資料編譯進韌體（1）
首先想到的是最常用的方法，把 badapple 資料放在一個數組裡，然後把該陣列的內容寫入 OLED 就行了，因為 badapple 資料是二進位制，轉成陣列形式的話，放在程式碼裡面，就相當於把二進位制轉成字串，比如以下資料：
對於第一行，轉成陣列形式的話，如下：
uint8_t example[] = {0x23,0x78,0x33,0xb9,0x04,0x4b,0x13,0xb1,0x04,0x48,0xaf,0xf3,0x00,0x80,0x01,0x23};
如果數量不多的話，還好手動轉換下，可是對於這個有 5 點幾兆的，也就是有 5383168 位元組，上百萬個位元組，手動轉換肯定不實際，也沒去找有沒有什麼現成工具可以用，我自己用 python 寫了個小程式，把這個轉換出來了，來感受下：
看了下，有30多萬行，我電腦開啟這檔案都會有點卡頓，
經過這麼一頓操作，我可是程式碼量超過 10萬行的了，還是輕輕鬆鬆、隨隨便便就達到了。
把該檔案放到工程裡面，然後寫個播放 badapple 的函式：
int badappple_test(int argc, char **argv)
{
uint32_t len =0,frame = 0,i=0,index = 0;
rt_tick_t start = rt_tick_get();
len = sizeof(badapple);
frame = len / 1024;
for(i=0;i<frame;i++)
{
ssd1306_fill(&badapple[i * 1024]);
}
rt_tick_t end = rt_tick_get();
rt_kprintf("Frame:%d\r\n",frame);
rt_kprintf("start:%d, end:%d, use:%d\r\n",start,end,end-start);
rt_kprintf("1 s tick:%d\r\n",rt_tick_from_millisecond(1000));
}
MSH_CMD_EXPORT(badappple_test, badappple test);
開始的時候獲取滴答定時器當前的值：
rt_tick_t start = rt_tick_get();
然後獲取 badapple 資料對應的陣列的長度，計算幀數：
len = sizeof(badapple);
frame = len / 1024;
然後就是寫屏了：
for(i=0;i<frame;i++)
{
ssd1306_fill(&badapple[i * 1024]);
}
最後獲取結束的時候的滴答定時器的值，用於計算幀率：
rt_tick_t end = rt_tick_get();
rt_kprintf("Frame:%d\r\n",frame);
rt_kprintf("start:%d, end:%d, use:%d\r\n",start,end,end-start);
rt_kprintf("1 s tick:%d\r\n",rt_tick_from_millisecond(1000));
編譯，看下編譯出來的韌體大小：
也是有 5 點幾兆，最後執行效果為：
串列埠終端輸出的資訊：
可以看到播放持續了 23.238 秒，可以計算出幀率為：
5257 / 23.238 = 226.22
226 幀每秒，這會不會是全網用微控制器播放 badapple 中幀率最高的呢，
把 badapple 資料編譯進韌體（2）
對於第一種方法，由於要經過轉換，有點麻煩，突然想到之前看到過一套 GUI 原始碼，程式碼工程裡面是直接把二進位制進韌體，忘記具體是怎麼實現的，上網搜了下，實驗了幾次，居然做出來了，具體做法如下。
實現這個功能的關鍵是 incbin 指令，該指令是一條 arm 偽指令，功能是把一個檔案包含到當前的原始檔中，編譯的時候會把該檔案以二進位制的形式編譯進韌體中。由於該指令是彙編，所以需要建立一個 .s 檔案，內容為：
.section .rodata
.global BADAPPLE_FILE
.type BADAPPLE_FILE, %object
.align 4
BADAPPLE_FILE:
.incbin "applications/badapple.bin"
BADAPPLE_FILE__END:
.global BADAPPLE_FILE_SIZE
.type BADAPPLE_FILE_SIZE, %object
.align 4
BADAPPLE_FILE_SIZE:
.int BADAPPLE_FILE__END - BADAPPLE_FILE
這裡定義了 2 個全域性變數 BADAPPLE_FILE、BADAPPLE_FILE_SIZE，BADAPPLE_FILE 是 badapple 資料開始位置，相當於一個數組頭位元組地址，BADAPPLE_FILE_SIZE，是 badapple 資料大小。把該 .s 檔案 跟 badappel.bin 同時放到 工程中的 applications 目錄下，還要修改下 applications 的 SConscript 檔案，因為預設是沒有編譯該目錄下的 .s 檔案，修改為：
# RT-Thread building script for component
from building import *
cwd = GetCurrentDir()
src = Glob('*.c') + Glob('*.cpp') + Glob('*.s')
CPPPATH = [cwd, str(Dir('#'))]
group = DefineGroup('Applications', src, depend = [''], CPPPATH = CPPPATH)
Return('group')
接下里就實現播放 badapple 函式：
extern const uint8_t BADAPPLE_FILE;
const uint8_t *badapple_p = &BADAPPLE_FILE;
extern uint32_t BADAPPLE_FILE_SIZE;
int badappple_test(int argc, char **argv)
{
uint32_t frame = 0,i=0,index = 0;
rt_tick_t start = rt_tick_get();
frame = BADAPPLE_FILE_SIZE / 1024;
for(i=0;i<frame;i++)
{
ssd1306_fille((uint8_t *)&badapple_p[i * 1024]);
}
rt_tick_t end = rt_tick_get();
rt_kprintf("file size is:%d",BADAPPLE_FILE_SIZE);
rt_kprintf("Frame:%d\r\n",frame);
rt_kprintf("start:%d, end:%d, use:%d\r\n",start,end,end-start);
rt_kprintf("1 s tick:%d\r\n",rt_tick_from_millisecond(1000));
}
MSH_CMD_EXPORT(badappple_test, badappple test);
編譯執行，經過測試，效果跟上一個方法是一樣的。
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