OLED顯示模塊與AT91RM9200的接口設計

　　OLED全稱(chēng)為Organic Light-Emitting Diode，即有機發(fā)光二極管顯示器，是指有機半導體材料和發(fā)光材料在電流驅動(dòng)下而達到發(fā)光并實(shí)現顯示的技術(shù)。OLED與LCD相比有許多優(yōu)勢：超輕、超薄(厚度可小于1 mm)、亮度高、可視角度大(可達170°)、由像素本身發(fā)光而不需要背光源，功耗低、響應速度快(約為L(cháng)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OLED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)、數碼電視等產(chǎn)品的顯示屏，被業(yè)界公認為最具發(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;點(diǎn)陣數為128×64;內置驅動(dòng)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構框圖

　　OLED顯示屏P13501主要包括臺灣Solomon公司生產(chǎn)的SSD1303內置控制器和OLED顯示面板。

　　控制器是一個(gè)集行驅動(dòng)、列驅動(dòng)和控制器于一體的OLED驅動(dòng)器芯片。該驅動(dòng)器為132×64點(diǎn)陣OLED圖形顯示而設計，包括行驅動(dòng)器、列驅動(dòng)器、電流參考發(fā)生器、對比度控制、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級控制，其軟件對比度具有256級控制;內嵌的132×64位的圖形動(dòng)態(tài)隨機存儲器(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有2套時(shí)序電路，通過(guò)對時(shí)序適配電路的相應設置以滿(mǎn)足不同的時(shí)序要求。時(shí)序適配電路的設置端為BS1和BS2，其時(shí)序設置如表1所列。

　　模塊的結構框圖如圖1所示。

　　3顯示模塊與AT91RM9200的接口設計

　　SSD1303的接口，包括數據輸入緩存器、數據輸出鎖存器、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。計算機可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)SSD1303而無(wú)須判斷其當前狀態(tài)。由于OLED采用Intel 8080時(shí)序，因此BS1和BS2均接高電平;又由于AT91RM9200中沒(méi)有命令/數據選擇線(xiàn)，所以這里使用其通用端口PB中一口線(xiàn)PB10作OLED的命令/數據選擇線(xiàn)。當PB1O為低電平時(shí)，表示向OLED寫(xiě)入的數據為命令字;而為高電平時(shí)，則表示寫(xiě)入OLED的為數據字。OLED的16腳RES為復位腳，可直接接到ARM的復位電路，但此處為了方便對OLED的復位控制，特用另一口線(xiàn)PB11作其復位控制。OLED的片選信號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)計算可得其物理地址為0x52800000。OLED與AT91RM9200的接口電路設計如圖2所示。

　　4 OLED驅動(dòng)的編程

　　操作系統的作用之一就是向用戶(hù)屏蔽硬件的特殊性，使應用程序與底層的具體物理設備無(wú)關(guān)。設備驅動(dòng)程序是應用程序與具體硬件的橋梁。Linux支持3類(lèi)硬件設備：字符設備、塊設備及網(wǎng)絡(luò )設備，它們的編寫(xiě)方法大致相同。其中，字符設備和塊設備可以像文件一樣被訪(fǎng)問(wèn)。字符設備和塊設備的主要區別在于：應用程序對字符設備的每一個(gè)I/O操作，都會(huì )直接傳遞給系統內核對應的驅動(dòng)程序;而應用程序對塊設備的操作，要經(jīng)過(guò)系統的緩沖區管理，間接傳遞給驅動(dòng)程序處理。在此，OLED屬于字符設備。

　　通常字符設備提供給應用程序的是一個(gè)流程控制接口，主要包括open、close(或release)、read、write、ioctl、poll和mmap等。在系統中添加一個(gè)字符設備驅動(dòng)程序，實(shí)際上就是給上述操作添加對應的代碼。對于字符設備和塊設備，Linux內核對這些操作進(jìn)行了統一的抽象，把它們定義在結構體file_operations中。對于大多數字符設備，只須完成其中的部分操作，驅動(dòng)程序就可以很好地工作了。

　　根據需要，OLED設備驅動(dòng)程序只實(shí)現了部分設備操作，采用標記化格式聲明其file_operations結構，具體如下：

　　OLED_write負責將要顯示的數據顯示到OLED屏上;oled_ioctl用于實(shí)現對OLED的各種控制命令;oled_open負責打開(kāi)OLED顯示屏;oled_release負責關(guān)閉OLED顯示屏。這里主要介紹oled_write的具體實(shí)現，其他可根據實(shí)際需要，參照oled_write實(shí)現。實(shí)現oled_write的具體程序如下：

　　5驅動(dòng)程序的編譯

　　驅動(dòng)程序編寫(xiě)好后還需要對其進(jìn)行編譯。在Linux操作系統中對驅動(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)，驅動(dòng)程序直接編譯到了內核中，在配置內核時(shí)可以自由裁剪。假定編寫(xiě)好的P13501的驅動(dòng)程序為myoled.c，將其靜態(tài)編譯到內核的具體操作如下：

　?、賹yoled.c復制到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，在配置內核時(shí)(如"make menuconfig")，Character devices分類(lèi)下，就會(huì )出現my oled support選項，它與CONFIG_MY_OLED的定義相對應。為把驅動(dòng)程序鏈接到內核中，應把CONFIG_MY_OLED定義為y。

　?、谠赿rivers/char目錄下的Makefile中添加如下代碼：

　　obj-$(CONFIG_MY_OLED)+=myoled.o

　　Makefile會(huì )根據obj-m和obj-y編譯，并鏈接生成對應的代碼。

　　動(dòng)態(tài)編譯時(shí)將驅動(dòng)編譯成模塊(module)，然后動(dòng)態(tài)加載和卸載設備驅動(dòng)模塊。用模塊加載的方式，可在不重新啟動(dòng)系統的前提下，反復地調試和修改模塊，可以方便、有效地對所編寫(xiě)的驅動(dòng)進(jìn)行調試。實(shí)際中在編寫(xiě)驅動(dòng)的初始階段，經(jīng)常將其編譯成模塊，反復地加載和卸載模塊，修改驅動(dòng)程序的原碼，直到整個(gè)驅動(dòng)滿(mǎn)足要求為止，再把它靜態(tài)編譯到內核中。

　　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

　　這里假設交叉編譯器路徑為：/usr/local/。內核的存放路徑為：/home/sum/linux-2.4.19。如果編譯時(shí)沒(méi)有錯誤，那么完成后就會(huì )生成myoled.o文件。將其拷貝到嵌入式系統中一目錄(例如：/home)下，就可以對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載：

　　insmod myoled.o

　　生成設備號：

　　mknod/dev/fftoled c 254 O

　　這樣，P13501的驅動(dòng)程序就被動(dòng)態(tài)加載到內核中，應用程序也就可以在OLED上進(jìn)行顯示輸出。

　　模塊卸載時(shí)操作如下：

　　rmmod myoled

　　反復加載、卸載，即可完成對OLED驅動(dòng)的調試。

　　6 結論

　　本文介紹了OLED顯示模塊P13501與AT91RM9200的接口電路設計，以及在嵌入式Linux下OLED驅動(dòng)程序的編寫(xiě)、編譯和加載。該電路和驅動(dòng)已成功應用于一控制系統中系統參數的顯示，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)參數設置。由于Linux的眾多特點(diǎn)以及OLED顯示技術(shù)的眾多優(yōu)勢，相信它們的結合在消費電子、工業(yè)控制，甚至生活的方方面面將具有廣闊的應用前景。

linux操作系統文章專(zhuān)題：linux操作系統詳解（linux不再難懂）