OLED顯示模塊與AT91RM9200的接口設(shè)計
1 P13501顯示模塊的特性
臺灣錸寶公司推出的P13501是一種128×64點陣的單色、字符、圖形顯示模塊。具有如下主要特性：發(fā)光顏色為藍(lán)；點陣數(shù)為128×64；內(nèi)置驅(qū)動IC為SSD1303；對比度為500：1；視角為160°；接口為6800系列并行接口，8位Intel 8080系列并行接口以及串行外部接口；工作溫度為-20～+70℃。
2 顯示模塊的控制器和結(jié)構(gòu)框圖
OLED顯示屏P13501主要包括臺灣Solomon公司生產(chǎn)的SSD1303內(nèi)置控制器和OLED顯示面板。
控制器是一個集行驅(qū)動、列驅(qū)動和控制器于一體的OLED驅(qū)動器芯片。該驅(qū)動器為132×64點陣OLED圖形顯示而設(shè)計，包括行驅(qū)動器、列驅(qū)動器、電流參考發(fā)生器、對比度控制、振蕩器和幾個MCU接口模式。工作邏輯電壓為2．4～3．5 V；具有豐富的軟件功能，支持4種顏色選擇和每種顏色64級控制，其軟件對比度具有256級控制；內(nèi)嵌的132×64位的圖形動態(tài)隨機(jī)存儲器(GDDRAM)，提供了行remapping、列remapping、垂直滾動和部分顯示功能，使得該驅(qū)動器適合于不同像素尺寸和顏色的多種OLED顯示。
SSD1303控制器在接口控制電路內(nèi)有2套時序電路，通過對時序適配電路的相應(yīng)設(shè)置以滿足不同的時序要求。時序適配電路的設(shè)置端為BS1和BS2，其時序設(shè)置如表1所列。
模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
3顯示模塊與AT91RM9200的接口設(shè)計
SSD1303的接口，包括數(shù)據(jù)輸入緩存器、數(shù)據(jù)輸出鎖存器、指令寄存器及譯碼器、忙狀態(tài)觸發(fā)器以及時序控制電路等，具有高性能的接口控制電路。計算機(jī)可以隨時訪問SSD1303而無須判斷其當(dāng)前狀態(tài)。由于OLED采用Intel 8080時序，因此BS1和BS2均接高電平；又由于AT91RM9200中沒有命令／數(shù)據(jù)選擇線，所以這里使用其通用端口PB中一口線PB10作OLED的命令／數(shù)據(jù)選擇線。當(dāng)PB1O為低電平時，表示向OLED寫入的數(shù)據(jù)為命令字；而為高電平時，則表示寫入OLED的為數(shù)據(jù)字。OLED的16腳RES為復(fù)位腳，可直接接到ARM的復(fù)位電路，但此處為了方便對OLED的復(fù)位控制，特用另一口線PB11作其復(fù)位控制。OLED的片選信號USER1_CS由AT91RM9200的NCS4與地址線A25、A23、A22經(jīng)38譯碼器譯碼產(chǎn)生。經(jīng)計算可得其物理地址為0x52800000。OLED與AT91RM9200的接口電路設(shè)計如圖2所示。
4 OLED驅(qū)動的編程
操作系統(tǒng)的作用之一就是向用戶屏蔽硬件的特殊性，使應(yīng)用程序與底層的具體物理設(shè)備無關(guān)。設(shè)備驅(qū)動程序是應(yīng)用程序與具體硬件的橋梁。Linux支持3類硬件設(shè)備：字符設(shè)備、塊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它們的編寫方法大致相同。其中，字符設(shè)備和塊設(shè)備可以像文件一樣被訪問。字符設(shè)備和塊設(shè)備的主要區(qū)別在于：應(yīng)用程序?qū)ψ址O(shè)備的每一個I／O操作，都會直接傳遞給系統(tǒng)內(nèi)核對應(yīng)的驅(qū)動程序；而應(yīng)用程序?qū)K設(shè)備的操作，要經(jīng)過系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理，間接傳遞給驅(qū)動程序處理。在此，OLED屬于字符設(shè)備。
通常字符設(shè)備提供給應(yīng)用程序的是一個流程控制接口，主要包括open、close(或release)、read、write、ioctl、poll和mmap等。在系統(tǒng)中添加一個字符設(shè)備驅(qū)動程序，實際上就是給上述操作添加對應(yīng)的代碼。對于字符設(shè)備和塊設(shè)備，Linux內(nèi)核對這些操作進(jìn)行了統(tǒng)一的抽象，把它們定義在結(jié)構(gòu)體file_operations中。對于大多數(shù)字符設(shè)備，只須完成其中的部分操作，驅(qū)動程序就可以很好地工作了。
根據(jù)需要，OLED設(shè)備驅(qū)動程序只實現(xiàn)了部分設(shè)備操作，采用標(biāo)記化格式聲明其file_operations結(jié)構(gòu)，具體如下：
oled_write負(fù)責(zé)將要顯示的數(shù)據(jù)顯示到OLED屏上；oled_ioctl用于實現(xiàn)對OLED的各種控制命令；oled_open負(fù)責(zé)打開OLED顯示屏；oled_release負(fù)責(zé)關(guān)閉OLED顯示屏。這里主要介紹oled_write的具體實現(xiàn)，其他可根據(jù)實際需要，參照oled_write實現(xiàn)。實現(xiàn)oled_write的具體程序如下：
5驅(qū)動程序的編譯
驅(qū)動程序編寫好后還需要對其進(jìn)行編譯。在Linux操作系統(tǒng)中對驅(qū)動一般有兩種編譯方式，即靜態(tài)編譯和動態(tài)編譯。靜態(tài)編譯時，驅(qū)動程序直接編譯到了內(nèi)核中，在配置內(nèi)核時可以自由裁剪。假定編寫好的P13501的驅(qū)動程序為myoled．c，將其靜態(tài)編譯到內(nèi)核的具體操作如下：
①將myoled．c復(fù)制到drivers／char目錄下，并且修改drivers／char／Config．in文件。在其中添加如下代碼：
dep_tristate my oled support' CONFIG_MY_OLED
$CONFIG_ARCH_AT91RM9200
其含義是：只要定義了CONFIG_ARCH_AT91RM9200為y或m，在配置內(nèi)核時(如"make menuconfig")，Character devices分類下，就會出現(xiàn)my oled support選項，它與CONFIG_MY_OLED的定義相對應(yīng)。為把驅(qū)動程序鏈接到內(nèi)核中，應(yīng)把CONFIG_MY_OLED定義為y。
②在drivers／char目錄下的Makefile中添加如下代碼：
obj-$(CONFIG_MY_OLED)+=myoled．o
Makefile會根據(jù)obj-m和obj-y編譯，并鏈接生成對應(yīng)的代碼。
動態(tài)編譯時將驅(qū)動編譯成模塊(module)，然后動態(tài)加載和卸載設(shè)備驅(qū)動模塊。用模塊加載的方式，可在不重新啟動系統(tǒng)的前提下，反復(fù)地調(diào)試和修改模塊，可以方便、有效地對所編寫的驅(qū)動進(jìn)行調(diào)試。實際中在編寫驅(qū)動的初始階段，經(jīng)常將其編譯成模塊，反復(fù)地加載和卸載模塊，修改驅(qū)動程序的原碼，直到整個驅(qū)動滿足要求為止，再把它靜態(tài)編譯到內(nèi)核中。
動態(tài)編譯時，方法如下：
／usr／local／arm／2．95．3／bin／arm-linux-gcc-O2-DMODULE-D__KERNEL__-I／home／sum／linux-2．4．19／include-c myoled．c
這里假設(shè)交叉編譯器路徑為：／usr／local／。內(nèi)核的存放路徑為：／home／sum／linux-2．4．19。如果編譯時沒有錯誤，那么完成后就會生成myoled．o文件。將其拷貝到嵌入式系統(tǒng)中一目錄(例如：／home)下，就可以對其進(jìn)行動態(tài)加載：
insmod myoled．o
生成設(shè)備號：
mknod／dev／fftoled c 254 O
這樣，P13501的驅(qū)動程序就被動態(tài)加載到內(nèi)核中，應(yīng)用程序也就可以在OLED上進(jìn)行顯示輸出。
模塊卸載時操作如下：
rmmod myoled
反復(fù)加載、卸載，即可完成對OLED驅(qū)動的調(diào)試。
6 結(jié)論
本文介紹了OLED顯示模塊P13501與AT91RM9200的接口電路設(shè)計，以及在嵌入式Linux下OLED驅(qū)動程序的編寫、編譯和加載。該電路和驅(qū)動已成功應(yīng)用于一控制系統(tǒng)中系統(tǒng)參數(shù)的顯示，效果良好；配合簡單的矩陣掃描式鍵盤，還可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。由于Linux的眾多特點以及OLED顯示技術(shù)的眾多優(yōu)勢，相信它們的結(jié)合在消費電子、工業(yè)控制，甚至生活的方方面面將具有廣闊的應(yīng)用前景。
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