OLED顯示模塊與AT91RM9200的接口設(shè)計(jì)

    OLED全稱(chēng)為Organic Light-Emitting Diode，即有機(jī)發(fā)光二極管顯示器，是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電流驅(qū)動(dòng)下而達(dá)到發(fā)光并實(shí)現(xiàn)顯示的技術(shù)。OLED與LCD相比有許多優(yōu)勢(shì)：超輕、超薄(厚度可小于1 mm)、亮度高、可視角度大(可達(dá)170°)、由像素本身發(fā)光而不需要背光源，功耗低、響應(yīng)速度快(約為L(zhǎng)CD速度的1 000倍)、清晰度高、發(fā)熱量低、抗震性能優(yōu)異、制造成本低、可彎曲。所以O(shè)LED更能夠展示完美的視頻，再加上耗電量小，可作為移動(dòng)電話(huà)、數(shù)碼電視等產(chǎn)品的顯示屏，被業(yè)界公認(rèn)為最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)。

1 P13501顯示模塊的特性 

     臺(tái)灣錸寶公司推出的P13501是一種128×64點(diǎn)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(diǎn)陣數(shù)為128×64；內(nèi)置驅(qū)動(dòng)IC為SSD1303；對(duì)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(tái)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(gè)集行驅(qū)動(dòng)、列驅(qū)動(dòng)和控制器于一體的OLED驅(qū)動(dòng)器芯片。該驅(qū)動(dòng)器為132×64點(diǎn)陣OLED圖形顯示而設(shè)計(jì)，包括行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、電流參考發(fā)生器、對(duì)比度控制、振蕩器和幾個(gè)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(jí)控制，其軟件對(duì)比度具有256級(jí)控制；內(nèi)嵌的132×64位的圖形動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(GDDRAM)，提供了行remapping、列remapping、垂直滾動(dòng)和部分顯示功能，使得該驅(qū)動(dòng)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(shí)序電路，通過(guò)對(duì)時(shí)序適配電路的相應(yīng)設(shè)置以滿(mǎn)足不同的時(shí)序要求。時(shí)序適配電路的設(shè)置端為BS1和BS2，其時(shí)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(jì) 

     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(shí)序控制電路等，具有高性能的接口控制電路。計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)SSD1303而無(wú)須判斷其當(dāng)前狀態(tài)。由于OLED采用Intel 8080時(shí)序，因此BS1和BS2均接高電平；又由于A(yíng)T91RM9200中沒(méi)有命令／數(shù)據(jù)選擇線(xiàn)，所以這里使用其通用端口PB中一口線(xiàn)PB10作OLED的命令／數(shù)據(jù)選擇線(xiàn)。當(dāng)PB1O為低電平時(shí)，表示向OLED寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為命令字；而為高電平時(shí)，則表示寫(xiě)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(duì)OLED的復(fù)位控制，特用另一口線(xiàn)PB11作其復(fù)位控制。OLED的片選信號(hào)USER1_CS由AT91RM9200的NCS4與地址線(xiàn)A25、A23、A22經(jīng)38譯碼器譯碼產(chǎn)生。經(jīng)計(jì)算可得其物理地址為0x52800000。OLED與AT91RM9200的接口電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

4 OLED驅(qū)動(dòng)的編程 

     操作系統(tǒng)的作用之一就是向用戶(hù)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(wú)關(guān)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用程序與具體硬件的橋梁。Linux支持3類(lèi)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(xiě)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(fǎng)問(wèn)。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(gè)I／O操作，都會(huì)直接傳遞給系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序；而應(yīng)用程序?qū)K設(shè)備的操作，要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理，間接傳遞給驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)際上就是給上述操作添加對(duì)應(yīng)的代碼。對(duì)于字符設(shè)備和塊設(shè)備，Linux內(nèi)核對(duì)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(duì)于大多數(shù)字符設(shè)備，只須完成其中的部分操作，驅(qū)動(dòng)程序就可以很好地工作了。 
      
     根據(jù)需要，OLED設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)OLED的各種控制命令；oled_open負(fù)責(zé)打開(kāi)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(shí)現(xiàn)，其他可根據(jù)實(shí)際需要，參照oled_write實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)oled_write的具體程序如下：

5驅(qū)動(dòng)程序的編譯 

     驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)好后還需要對(duì)其進(jìn)行編譯。在Linux操作系統(tǒng)中對(duì)驅(qū)動(dòng)一般有兩種編譯方式，即靜態(tài)編譯和動(dòng)態(tài)編譯。靜態(tài)編譯時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序直接編譯到了內(nèi)核中，在配置內(nèi)核時(shí)可以自由裁剪。假定編寫(xiě)好的P13501的驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閙yoled．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
$CONFIG_ARCH_AT91RM9200
其含義是：只要定義了CONFIG_ARCH_AT91RM9200為y或m，在配置內(nèi)核時(shí)(如"make menuconfig")，Character devices分類(lèi)下，就會(huì)出現(xiàn)my oled support選項(xiàng)，它與CONFIG_MY_OLED的定義相對(duì)應(yīng)。為把驅(qū)動(dòng)程序鏈接到內(nèi)核中，應(yīng)把CONFIG_MY_OLED定義為y。
②在drivers／char目錄下的Makefile中添加如下代碼：
obj-$(CONFIG_MY_OLED)+=myoled．o
Makefile會(huì)根據(jù)obj-m和obj-y編譯，并鏈接生成對(duì)應(yīng)的代碼。
動(dòng)態(tài)編譯時(shí)將驅(qū)動(dòng)編譯成模塊(module)，然后動(dòng)態(tài)加載和卸載設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。用模塊加載的方式，可在不重新啟動(dòng)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(duì)所編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)試。實(shí)際中在編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序的原碼，直到整個(gè)驅(qū)動(dòng)滿(mǎn)足要求為止，再把它靜態(tài)編譯到內(nèi)核中。
動(dòng)態(tài)編譯時(shí)，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(shí)沒(méi)有錯(cuò)誤，那么完成后就會(huì)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(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載：
insmod myoled．o
生成設(shè)備號(hào)：
mknod／dev／fftoled c 254 O
這樣，P13501的驅(qū)動(dòng)程序就被動(dòng)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(shí)操作如下：
rmmod myoled
反復(fù)加載、卸載，即可完成對(duì)OLED驅(qū)動(dòng)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(jì)，以及在嵌入式Linux下OLED驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)、編譯和加載。該電路和驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單的矩陣掃描式鍵盤(pán)，還可以進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。由于Linux的眾多特點(diǎn)以及OLED顯示技術(shù)的眾多優(yōu)勢(shì)，相信它們的結(jié)合在消費(fèi)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。