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OLED具備自發(fā)光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。目前OLED的驅(qū)動大部分都是基于STM系列 ARM芯片和傳統(tǒng)FPGA芯片。為適應(yīng)Xilinx最新平臺Zynq的人機(jī)交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)方法。文章闡述了OLED的特性和SPI控制方式，給出了設(shè)計(jì)流程和硬件電路圖。利用Zynq的PL部分完成了OLED驅(qū)動的IP核，利用Zynq的PS部分實(shí)現(xiàn)了OLED的驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。通過AXI總線實(shí)現(xiàn)PL和PS的通信。最后通過測試程序，實(shí)現(xiàn)了字母、數(shù)字和點(diǎn)陣圖像的實(shí)時顯示。解決了基于Zynq器件在廣電儀器和電力儀表儀器中人機(jī)交互的工程技術(shù)，具有集成度高、可移植性強(qiáng)和通用性好等優(yōu)點(diǎn)。 1 引言 隨著近幾年嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人機(jī)交互成為嵌入式設(shè)備的迫切需要。為適應(yīng)Xilinx最新平臺Zynq的人機(jī)交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)方法。 有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light－Emitting Diode，OLED）由于同時具備自發(fā)光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。 Xilinx最新平臺Zynq將處理器的軟件可編程能力與FPGA的硬件可編程能力實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合，以低功耗和低成本等系統(tǒng)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)良好的系統(tǒng)性能、靈活性和可擴(kuò)展性。 目前OLED的驅(qū)動大部分都是基于STM系列ARM芯片和傳統(tǒng)FPGA芯片。在Zynq上，Xilinx提供了Linux演示實(shí)例，但無裸機(jī)源碼，無法滿足實(shí)時性比較強(qiáng)的工程實(shí)際需求。 文章詳細(xì)闡述了基于Zynq的OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)步驟和方法，并且在基于Zynq的開發(fā)板ZedBoard上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時顯示字母、數(shù)字和點(diǎn)陣圖像，為Zynq在儀器儀表領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互提供了技術(shù)支撐。 2 OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)流程 Zynq是一個ARMPS＋PL結(jié)構(gòu)，其中PL部分就是傳統(tǒng)意義的FPGA，可以方便地定制相關(guān)外設(shè)IP，也可以進(jìn)行相關(guān)的算法設(shè)計(jì)，和使用普通FPGA完全一樣。如果不使用PL，Zynq的PS部分和普通的ARM開發(fā)一樣。Zynq最大的特點(diǎn)是可以利用PL部分靈活地定制外設(shè)，掛在PS上，而普通的ARM，外設(shè)是固定的。因此，Zynq的硬件外設(shè)是不固定的，這也是Zynq靈活性的一個表現(xiàn)。OLED在Zynq上是連接在PL上，因此需要把OLED對應(yīng)引腳掛在PS的硬件上，然后設(shè)計(jì)OLED IP核，再通過SDK設(shè)計(jì)驅(qū)動程序，OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)流程如圖1所示。 ZedBozrd控制OLED的主要方法是：自行設(shè)計(jì)一個IP核，對OLED的6個控制信號和電源信號進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和引腳約束，通過AXI總線，把OLED的IP核和PS聯(lián)系起來。在PS部分編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，即可實(shí)現(xiàn)對OLED的控制，如圖2所示。 圖1 OLED驅(qū)動設(shè)計(jì)流程 圖2 OLED系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 因此，要實(shí)現(xiàn)OLED顯示功 能，主要做以下幾個方面工作：設(shè)計(jì)Zynq硬件系統(tǒng)（PS部分）、設(shè)計(jì)自己的IP核和PS部分驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。 3 建立Zynq硬件系統(tǒng)和OLED IP核 Zynq的開發(fā)板ZedBoard上使用Inteltronic／Wisechip公司的OLED顯示模組UG－2832HSWEG04，分辨率為128×32，是一款單色被動式顯示屏，驅(qū)動電路采用所羅門科技的SSD1306芯片。具體電路如圖3所示。根據(jù)原理圖可知，ZedBoard開發(fā)板使用的OLED采用SPI方式控制，SPI模式使用的信號線和電源線有如下幾條： RST（RES）：硬復(fù)位OLED； DC：命令／數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）； SCLK：串行時鐘線； SDIN：串行數(shù)據(jù)線； VDD：邏輯電路電源； VBAT：DC／DC轉(zhuǎn)換電路電源。 在SPI模式下，每個數(shù)據(jù)長度均為8位，在SCLK的上升沿，數(shù)據(jù)從SDIN移入到SSD1306，并且是高位在前的。 圖3 OLED原理圖 Zynq的硬件系統(tǒng)是指在PL中配置相關(guān)外設(shè)，掛載到PS中，作為PS部分的外設(shè)使用。OLED驅(qū)動主要用到6個IO口，在生成硬件系統(tǒng)時，只需要利用Xilinx的嵌入式工具XPS生成最小硬件系統(tǒng)，然后把OLED的相關(guān)引腳添加到最小硬件系統(tǒng)中。主要過程如下： （1）根據(jù)芯片型號，根據(jù)XPS工具設(shè)計(jì)流程，生成Zynq的最小硬件系統(tǒng)。 （2）在最小硬件系統(tǒng)中，添加外設(shè)IPmy＿oled，把OLED的SPI引腳添加到工程中。添加一個6位寄存器，每位和SPI引腳對應(yīng)。 （3）my＿oledIP核邏輯設(shè)計(jì)主要完成IP核引腳添加、端口映射和用戶邏輯功能。首先要對設(shè)計(jì)的IP核添加引腳，在系統(tǒng)生成的MPD文件中，添加OLED的相關(guān)引腳端口和方向信息。 在MPD文件中，在PORT下添加OLED的相關(guān)引腳和方向信息，具體代碼如下： PORTDC＝" "，DIR＝O PORTRES＝" "，DIR＝O PORTSCLK＝" "，DIR＝O PORTSDIN＝" "，DIR＝O PORTVBAT＝" "，DIR＝O PORTVDD＝" "，DIR＝O （4）在系統(tǒng)生成的my＿oled.vhd文件中，用VHDL語言進(jìn)行端口設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行以下兩個設(shè)計(jì)。 聲明IP和用戶6個信號和電源的端口。代碼如下： DC ∶outstd＿logic； RES ∶outstd＿logic； SCLK ∶outstd＿logic； SDIN ∶outstd＿logic； VBAT ∶outstd＿logic； VDD ∶outstd＿logic； 將用戶端口和IP核端口進(jìn)行映射，代碼如下： DC ＝＞DC， RES ＝＞RES， SCLK ＝＞SCLK， SDIN ＝＞SDIN， VBAT ＝＞VBAT， VDD ＝＞VDD， （5）在系統(tǒng)生成的user＿logic．v文件中，用Verilog語言進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)寄存器和SPI對應(yīng)端口連接并實(shí)時讀取，主要代碼如下。其中slv＿reg0為IP核寄存器，tmp為用戶定義臨時寄存器，tmp的每一位和IP端口一一對應(yīng)。實(shí)現(xiàn)把slv＿reg0寄存器低6位實(shí)時傳給tmp寄存器，通過對寄存器slv＿reg0的寫操作達(dá)到控制6個引腳的時序。 always＠（posedgeBus2IP＿Clk） begin tmp＜＝slv＿reg0［5：0］； end 4 OLED驅(qū)動程序設(shè)計(jì) 由于ZedBoard開發(fā)板上的OLED使用的是SPI協(xié)議，并且只支持寫，不支持讀，因此控制OLED就是在SCLK的時鐘下，通過SDIN進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸。OLED的控制需要經(jīng)過初始化、傳數(shù)據(jù)和命令以及對顯存設(shè)置等操作實(shí)現(xiàn)。 4.1 初始化 驅(qū)動IC的初始化代碼，可以參考廠家推薦的設(shè)置，但需要根據(jù)開發(fā)板上OLED實(shí)際參數(shù)進(jìn)行一些修改。 根據(jù)SSD1306數(shù)據(jù)手冊的初始化說明，具體步驟如圖4所示。初始化的實(shí)現(xiàn)就是對SSD1306進(jìn)行寫命令。 圖4 SSD1306初始化步驟 4.2 寫數(shù)據(jù)和命令的實(shí)現(xiàn) 在SCLK時鐘下，根據(jù)要寫入的數(shù)據(jù)或者命令，設(shè)置SDIN引腳的電平，一位一位地把數(shù)據(jù)寫入SSD1306。SSD1306每次傳送的命令和數(shù)據(jù)均為一個字節(jié)，傳送數(shù)據(jù)和命令的區(qū)別是通過Set＿OLED＿DC宏，設(shè)置該函數(shù)為寫數(shù)據(jù)，通過Clr＿OLED＿DC宏，設(shè)置該函數(shù)為寫命令。實(shí)現(xiàn)一個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸代碼如下： for（i＝0；i＜8；i＋＋） ｛ Clr＿OLED＿SCLK； if（data&0x80） Set＿OLED＿SDIN； else Clr＿OLED＿SDIN； Set＿OLED＿SCLK； data＜＜＝1； ｝ 4.3 顯存數(shù)據(jù)寫入SSD1306存儲器 我們采用的辦法是在PS的內(nèi)部建立一個OLED的GRAM（共128個字節(jié)），在每次修改的時候，只是修改PS上的GRAM（實(shí)際上就是SRAM），在修改完之后，一次性把PS上的GRAM寫入到OLED的GRAM。具體代碼如下： voidOLED＿Refresh＿Gram（void） ｛ u8i，n； for（i＝0；i＜4；i＋＋） ｛ write＿cmd（0xb0＋i）；／／設(shè)置頁地址 write＿cmd（0x00）；／／設(shè)置顯示位置—列低地址，偏移了2列 write＿cmd（0x10）；／／設(shè)置顯示位置—列高地址 for（n＝0；n＜128；n＋＋）write＿data（OLED＿GRAM［n］［i］）； ｝ ｝ 4.4 顯示結(jié)果 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了OLED的字母、數(shù)字和點(diǎn)陣圖形實(shí)時顯示，如圖5所示。 圖5 OLED運(yùn)行結(jié)果 5 結(jié)論 系統(tǒng)采用可軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的Zynq器件，定制硬件IP核，采用傳統(tǒng)ARM程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)OLED驅(qū)動程序和測試程序，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時顯示。解決了基于Zynq器件在廣電儀器和電力儀表儀器中人機(jī)交互的工程技術(shù)，具有集成度高、可移植性強(qiáng)和通用性好等優(yōu)點(diǎn)。 |
