一個清晰的LCD驅(qū)動編寫思路（附代碼分析）

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來源 | 屋脊雀

網(wǎng)絡(luò)上配套STM32開發(fā)板有很多LCD例程，主要是TFT LCD跟OLED的。從這些例程，大家都能學(xué)會如何點亮一個LCD。但這代碼都有下面這些問題：

• 分層不清晰，通俗講就是模塊化太差。
• 接口亂。只要接口不亂，分層就會好很多了。
• 可移植性差。
• 通用性差。

為什么這樣說呢？如果你已經(jīng)了解了LCD的操作，請思考如下情景：

1、代碼空間不夠，只能保留9341的驅(qū)動，其他LCD驅(qū)動全部刪除。能一鍵（一個宏定義）刪除嗎？刪除后要改多少地方才能編譯通過？

2、有一個新產(chǎn)品，收銀設(shè)備。系統(tǒng)有兩個LCD，都是OLED，驅(qū)動IC相同，但是一個是128x64，另一個是128x32像素，一個叫做主顯示，收銀員用；一個叫顧顯，顧客看金額。怎么辦？這些例程代碼要怎么改才能支持兩個屏幕？全部代碼復(fù)制粘貼然后改函數(shù)名稱？這樣確實能完成任務(wù)，只不過程序從此就進入惡性循環(huán)了。

3、一個OLED，原來接在這些IO，后來改到別的IO，容易改嗎？

4、原來只是支持中文，現(xiàn)在要賣到南美，要支持多米尼加語言，好改嗎？

LCD種類概述

在討論怎么寫LCD驅(qū)動之前，我們先大概了解一下嵌入式常用LCD。概述一些跟驅(qū)動架構(gòu)設(shè)計有關(guān)的概念，在此不對原理和細節(jié)做深入討論，會有專門文章介紹，或者參考網(wǎng)絡(luò)文檔。

TFT lcd

TFT LCD，也就是我們常說的彩屏。通常像素較高，例如常見的2.8寸，320X240像素。4.0寸的，像素800X400。這些屏通常使用并口，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。其他例如手機上使用的有MIPI接口。

總之，接口種類很多。也有一些支持SPI接口的。除非是比較小的屏幕，否則不建議使用SPI接口，速度慢，刷屏閃屏。玩STM32常用的TFT lcd屏幕驅(qū)動IC通常有：ILI9341/ILI9325等。

tft lcd：

IPS：

COG lcd

很多人可能不知道COG LCD是什么，我覺得跟現(xiàn)在開發(fā)板銷售方向有關(guān)系，大家都出大屏，玩酷炫界面，對于更深的技術(shù)，例如軟件架構(gòu)設(shè)計，都不涉及。使用單片機的產(chǎn)品，COG LCD其實占比非常大。COG是Chip On Glass的縮寫，就是驅(qū)動芯片直接綁定在玻璃上，透明的。實物像下圖：

這種LCD通常像素不高，常用的有128X64，128X32。一般只支持黑白顯示，也有灰度屏。

接口通常是SPI，I2C。也有號稱支持8位并口的，不過基本不會用，3根IO能解決的問題，沒必要用8根吧？常用的驅(qū)動IC：STR7565。

OLED lcd

買過開發(fā)板的應(yīng)該基本用過。新技術(shù)，大家都感覺高檔，在手環(huán)等產(chǎn)品常用。OLED目前屏幕較小，大一點的都很貴。在控制上跟COG LCD類似，區(qū)別是兩者的顯示方式不一樣。從我們程序角度來看，最大的差別就是，OLED LCD，不用控制背光。。。。。實物如下圖：

常見的是SPI跟I2C接口。常見驅(qū)動IC：SSD1615。

硬件場景

接下來的討論，都基于以下硬件信息：

1、有一個TFT屏幕，接在硬件的FSMC接口，什么型號屏幕？不知道。

2、有一個COG lcd，接在幾根普通IO口上，驅(qū)動IC是STR7565，128X32像素。

3、有一個COG LCD，接在硬件SPI3跟幾根IO口上，驅(qū)動IC是STR7565，128x64像素。

4、有一個OLED LCD，接在SPI3上，使用CS2控制片選，驅(qū)動IC是SSD1315。

預(yù)備知識

在進入討論之前，我們先大概說一下下面幾個概念，對于這些概念，如果你想深入了解，請GOOGLE。

面向?qū)ο?span>

面向?qū)ο?，是編程界的一個概念。什么叫面向?qū)ο竽兀烤幊逃袃煞N要素：程序（方法），數(shù)據(jù)（屬性）。例如：一個LED，我們可以點亮或者熄滅它，這叫方法。LED什么狀態(tài)？亮還是滅？這就是屬性。我們通常這樣編程：

u8?ledsta?=?0;
void?ledset(u8?sta)
{
}
這樣的編程有一個問題，假如我們有10個這樣的LED，怎么寫？這時我們可以引入面向?qū)ο缶幊?，將每一個LED封裝為一個對象?？梢赃@樣做：

/*
定義一個結(jié)構(gòu)體，將LED這個對象的屬性跟方法封裝。
這個結(jié)構(gòu)體就是一個對象。
但是這個不是一個真實的存在，而是一個對象的抽象。
*/
typedef?struct{
????u8?sta;
????void?(*setsta)(u8?sta);
}LedObj;

/*??聲明一個LED對象，名稱叫做LED1，并且實現(xiàn)它的方法drv_led1_setsta*/
void?drv_led1_setsta(u8?sta)
{
}

LedObj?LED1={
????????.sta?=?0,
????????.setsta?=?drv_led1_setsta,
????};

/*??聲明一個LED對象，名稱叫做LED2，并且實現(xiàn)它的方法drv_led2_setsta*/
void?drv_led2_setsta(u8?sta)
{
}

LedObj?LED2={
????????.sta?=?0,
????????.setsta?=?drv_led2_setsta,
????};
????
/*??操作LED的函數(shù)，參數(shù)指定哪個led*/
void?ledset(LedObj?*led,?u8?sta)
{
????led->setsta(sta);
}
是的，在C語言中，實現(xiàn)面向?qū)ο蟮氖侄尉褪墙Y(jié)構(gòu)體的使用。上面的代碼，對于API來說，就很友好了。操作所有LED，使用同一個接口，只需告訴接口哪個LED。大家想想，前面說的LCD硬件場景。4個LCD，如果不面向?qū)ο螅?strong>「顯示漢字的接口是不是要實現(xiàn)4個」？每個屏幕一個？

驅(qū)動與設(shè)備分離

如果要深入了解驅(qū)動與設(shè)備分離，請看LINUX驅(qū)動的書籍。

什么是設(shè)備？我認為的設(shè)備就是「屬性」，就是「參數(shù)」，就是「驅(qū)動程序要用到的數(shù)據(jù)和硬件接口信息」。那么驅(qū)動就是「控制這些數(shù)據(jù)和接口的代碼過程」。

通常來說，如果LCD的驅(qū)動IC相同，就用相同的驅(qū)動。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驅(qū)動。例如一個COG lcd:

?驅(qū)動IC是STR7565 128 * 64 像素用SPI3背光用PF5 ,命令線用PF4 ,復(fù)位腳用PF3

?

上面所有的信息綜合，就是一個設(shè)備。驅(qū)動就是STR7565的驅(qū)動代碼。

為什么要驅(qū)動跟設(shè)備分離，因為要解決下面問題：

?有一個新產(chǎn)品，收銀設(shè)備。系統(tǒng)有兩個LCD，都是OLED，驅(qū)動IC相同，但是一個是128x64，另一個是128x32像素，一個叫做主顯示，收銀員用；一個叫顧顯，顧客看金額。

?

這個問題，「兩個設(shè)備用同一套程序控制」才是最好的解決辦法。驅(qū)動與設(shè)備分離的手段：

?在驅(qū)動程序接口函數(shù)的參數(shù)中增加設(shè)備參數(shù)，驅(qū)動用到的所有資源從設(shè)備參數(shù)傳入。

?

驅(qū)動如何跟設(shè)備綁定呢？通過設(shè)備的驅(qū)動IC型號。

模塊化

我認為模塊化就是將一段程序封裝，提供穩(wěn)定的接口給不同的驅(qū)動使用。不模塊化就是，在不同的驅(qū)動中都實現(xiàn)這段程序。例如字庫處理，在顯示漢字的時候，我們要找點陣，在打印機打印漢字的時候，我們也要找點陣，你覺得程序要怎么寫？把點陣處理做成一個模塊，就是模塊化。非模塊化的典型特征就是「一根線串到底，沒有任何層次感」。

LCD到底是什么

前面我們說了面向?qū)ο?，現(xiàn)在要對LCD進行抽象，得出一個對象，就需要知道LCD到底是什么。問自己下面幾個問題：

• LCD能做什么？
• 要LCD做什么？
• 誰想要LCD做什么？

剛剛接觸嵌入式的朋友可能不是很了解，可能會想不通。我們模擬一下LCD的功能操作數(shù)據(jù)流。APP想要在LCD上顯示 一個漢字。

1、首先，需要一個顯示漢字的接口，APP調(diào)用這個接口就可以顯示漢字，假設(shè)接口叫做lcd_display_hz。

2、漢字從哪來？從點陣字庫來，所以在lcd_display_hz函數(shù)內(nèi)就要調(diào)用一個叫做find_font的函數(shù)獲取點陣。

3、獲取點陣后要將點陣顯示到LCD上，那么我們調(diào)用一個ILL9341_dis的接口，將點陣刷新到驅(qū)動IC型號為ILI9341的LCD上。

4、ILI9341_dis怎么將點陣顯示上去？調(diào)用一個8080_WRITE的接口。

好的，這個就是大概過程，我們從這個過程去抽象LCD功能接口。漢字跟LCD對象有關(guān)嗎？無關(guān)。在LCD眼里，無論漢字還是圖片，都是一個個點。那么前面問題的答案就是：

• LCD可以一個點一個點顯示內(nèi)容。
• 要LCD顯示漢字或圖片-----就是顯示一堆點
• APP想要LCD顯示圖片或文字。

結(jié)論就是：所有LCD對象的功能就是顯示點。「那么驅(qū)動只要提供顯示點的接口就可以了，顯示一個點，顯示一片點?！?/strong> 抽象接口如下：

/*
????LCD驅(qū)動定義
*/
typedef?struct??
{
????u16?id;

????s32?(*init)(DevLcd?*lcd);
????s32?(*draw_point)(DevLcd?*lcd,?u16?x,?u16?y,?u16?color);
????s32?(*color_fill)(DevLcd?*lcd,?u16?sx,u16?ex,u16?sy,u16?ey,?u16?color);
????s32?(*fill)(DevLcd?*lcd,?u16?sx,u16?ex,u16?sy,u16?ey,u16?*color);
????s32?(*onoff)(DevLcd?*lcd,?u8?sta);
????s32?(*prepare_display)(DevLcd?*lcd,?u16?sx,?u16?ex,?u16?sy,?u16?ey);
????void?(*set_dir)(DevLcd?*lcd,?u8?scan_dir);
????void?(*backlight)(DevLcd?*lcd,?u8?sta);
}_lcd_drv;
上面的接口，也就是對應(yīng)的驅(qū)動，包含了一個驅(qū)動id號。

• id，驅(qū)動型號
• 初始化
• 畫點
• 將一片區(qū)域的點顯示某種顏色
• 將一片區(qū)域的點顯示某些顏色
• 顯示開關(guān)
• 準備刷新區(qū)域（主要彩屏直接DMA刷屏使用）
• 設(shè)置掃描方向
• 背光控制

顯示字符，劃線等功能，不屬于LCD驅(qū)動。應(yīng)該歸類到GUI層。

LCD驅(qū)動框架

我們設(shè)計了如下的驅(qū)動框架：

設(shè)計思路：

1、中間顯示驅(qū)動IC驅(qū)動程序提供統(tǒng)一接口，接口形式如前面說的_lcd_drv結(jié)構(gòu)體。

2、各顯示IC驅(qū)動根據(jù)設(shè)備參數(shù)，調(diào)用不同的接口驅(qū)動。例如TFT就用8080驅(qū)動，其他的都用SPI驅(qū)動。SPI驅(qū)動只有一份，用IO口控制的我們也做成模擬SPI。

3、LCD驅(qū)動層做LCD管理，例如完成TFT LCD的識別。并且將所有LCD接口封裝為一套接口。

4、簡易GUI層封裝了一些顯示函數(shù)，例如劃線、字符顯示。

5、字體點陣模塊提供點陣獲取與處理接口。

由于實際沒那么復(fù)雜，在例程中我們將GUI跟LCD驅(qū)動層放到一起。TFT LCD的兩個驅(qū)動也放到一個文件，但是邏輯是分開的。OLED除初始化，其他接口跟COG LCD基本一樣，因此這兩個驅(qū)動也放在一個文件。

代碼分析

代碼分三層：

1、GUI和LCD驅(qū)動層 dev_lcd.c dev_lcd.h

2、顯示驅(qū)動IC層 dev_str7565.c