STM32移植U8g2圖形庫——玩轉OLED顯示

之前的文章，介紹過ESP8266在Arduino IDE環境中使用U8g2庫，實作OLED上的各種圖形顯示。

本篇，介紹一下U8g2庫如何移植到STM32上，進行OLED的圖形顯示。

本次的實驗硬體為：

STM32：型号為最常見的STM32F103C8T6
OLED：0.96寸OLED，IIC接口（如果是SPI接口，文中也有對應的修改介紹）

1 U8g2簡介

U8g2 是一個用于嵌入式裝置的單色圖形庫。U8g2支援單色OLED和LCD，并支援如SSD1306等多種類型的OLED驅動。

U8g2源碼的開源庫位址：https://github.com/olikraus/u8g2

2 移植步驟

首先下載下傳U8g2的源碼，因為STM32主要是使用C語言程式設計，是以隻需關注源碼中的C源碼部分，即csrc檔案夾下的檔案。

2.1 精簡c源碼

U8g2支援多種顯示驅動的螢幕，因為源碼中也包含了各個驅動對應的檔案，為了減小整個工程的代碼體積，在移植U8g2時，可以删除一些無用的檔案。

2.1.1 去掉無用的驅動檔案

這些驅動檔案通常是u8x8_d_xxx.c，xxx包括驅動的型号和螢幕分辨率。ssd1306驅動晶片的OLED，使用u8x8_ssd1306_128x64_noname.c這個檔案，其它的螢幕驅動和分辨率的檔案可以删掉。

2.1.2 精簡u8g2_d_setup.c

由于我的OLED是IIC接口，隻留一個本次要用到的u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f就好（如果是SPI接口，需要使用u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_f這個函數），其它的可以删掉或注釋掉。

#include "u8g2.h"

/* ssd1306 f */
void u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f(u8g2_t *u8g2, const u8g2_cb_t *rotation, u8x8_msg_cb byte_cb, u8x8_msg_cb gpio_and_delay_cb)
{
  uint8_t tile_buf_height;
  uint8_t *buf;
  u8g2_SetupDisplay(u8g2, u8x8_d_ssd1306_128x64_noname, u8x8_cad_ssd13xx_fast_i2c, byte_cb, gpio_and_delay_cb);
  buf = u8g2_m_16_8_f(&tile_buf_height);
  u8g2_SetupBuffer(u8g2, buf, tile_buf_height, u8g2_ll_hvline_vertical_top_lsb, rotation);
}

注意，與這個函數看起來十分相似的函數的有：

u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_1
u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_2
u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_f
u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_1
u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_2
u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f

其中，前面3個，是給SPI接口的OLED用的，函數最後的數字或字母，代表顯示時的buf大小：

1：128位元組
2：256位元組
f：1024位元組

2.1.3 精簡u8g2_d_memory.c

由于用到的u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f函數中，隻調用了u8g2_m_16_8_f這個函數，是以留下這個函數，其它的函數一定要删掉或注釋掉，否則編譯時很可能會提示記憶體不足！！！

#include "u8g2.h"

uint8_t *u8g2_m_16_8_f(uint8_t *page_cnt)
{
  #ifdef U8G2_USE_DYNAMIC_ALLOC
  *page_cnt = 8;
  return 0;
  #else
  static uint8_t buf[1024];
  *page_cnt = 8;
  return buf;
  #endif
}

2.2 編寫移植函數

精簡源碼之後，還需要編寫如下的配置函數。

2.2.1 GPIO初始化

對OLED用到的IIC接口進行GPIO的初始化配置：

#define SCL_Pin GPIO_Pin_6
#define SDA_Pin GPIO_Pin_7
#define IIC_GPIO_Port GPIOB
void IIC_Init(void)
{              
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); 
     
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SCL_Pin|SDA_Pin;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽輸出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(IIC_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
}

如果是SPI接口，則初始化對應的SPI接口即可。

2.2.2 u8x8_gpio_and_delay

這個函數也需要自己寫，主要的修改包括：

賦予U8g2相應的延時函數，比如下面的delay_ms和delay_us
為U8g2提供IIC接口的高低電平調用:

U8X8_MSG_GPIO_I2C_CLOCK：IIC的SCL
U8X8_MSG_GPIO_I2C_DATA：IIC的SDA

uint8_t u8x8_gpio_and_delay(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
    switch (msg)
    {
    case U8X8_MSG_DELAY_100NANO: // delay arg_int * 100 nano seconds
        __NOP();
        break;
    case U8X8_MSG_DELAY_10MICRO: // delay arg_int * 10 micro seconds
        for (uint16_t n = 0; n < 320; n++)
        {
            __NOP();
        }
        break;
    case U8X8_MSG_DELAY_MILLI: // delay arg_int * 1 milli second
        delay_ms(1);
        break;
    case U8X8_MSG_DELAY_I2C: // arg_int is the I2C speed in 100KHz, e.g. 4 = 400 KHz
        delay_us(5);
        break;                    // arg_int=1: delay by 5us, arg_int = 4: delay by 1.25us
    case U8X8_MSG_GPIO_I2C_CLOCK: // arg_int=0: Output low at I2C clock pin
        if(arg_int == 1) 
        {
            GPIO_SetBits(IIC_GPIO_Port, SCL_Pin);
        }
        else if(arg_int == 0)
        {
            GPIO_ResetBits(IIC_GPIO_Port, SCL_Pin);  
        }  
        break;                    // arg_int=1: Input dir with pullup high for I2C clock pin
    case U8X8_MSG_GPIO_I2C_DATA:  // arg_int=0: Output low at I2C data pin
        if(arg_int == 1) 
        {
            GPIO_SetBits(IIC_GPIO_Port, SDA_Pin);
        }
        else if(arg_int == 0)
        {
            GPIO_ResetBits(IIC_GPIO_Port, SDA_Pin);  
        } 
        break;                    // arg_int=1: Input dir with pullup high for I2C data pin
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_SELECT:
        u8x8_SetGPIOResult(u8x8, /* get menu select pin state */ 0);
        break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_NEXT:
        u8x8_SetGPIOResult(u8x8, /* get menu next pin state */ 0);
        break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_PREV:
        u8x8_SetGPIOResult(u8x8, /* get menu prev pin state */ 0);
        break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_HOME:
        u8x8_SetGPIOResult(u8x8, /* get menu home pin state */ 0);
        break;
    default:
        u8x8_SetGPIOResult(u8x8, 1); // default return value
        break;
    }
    return 1;
}

如果是SPI接口，可以參考如下寫法：

uint8_t u8x8_gpio_and_delay(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
    switch (msg)
    {
        case U8X8_MSG_GPIO_SPI_DATA:
            lcd_sdin((uint8_t)arg_int); //SPI - MOSI
            break;
        case U8X8_MSG_GPIO_SPI_CLOCK: //SPI - CLK
            lcd_sclk(arg_int);
            break;
        case U8X8_MSG_GPIO_AND_DELAY_INIT:
            oled_init(); //OLED初始化
            Delay(1);
            break;
        case U8X8_MSG_DELAY_MILLI:
            Delay(arg_int); //延時
            break;
        case U8X8_MSG_GPIO_CS: //SPI - CS
            lcd_cs((uint8_t)arg_int);
        case U8X8_MSG_GPIO_DC:
            lcd_dc((uint8_t)arg_int); //SPI - MISO
            break;
        case U8X8_MSG_GPIO_RESET:
            break;
    }
    return 1;
}

可以看出，對于IIC與SPI接口，隻有分别進行對應的配置即可。

2.2.3 u8g2Init

U8g2的初始化，需要調用下面這個u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_f函數，該函數的4個參數含義：

u8g2：傳入的U8g2結構體
U8G2_R0：預設使用U8G2_R0即可（用于配置螢幕是否要旋轉）
u8x8_byte_sw_i2c：使用軟體IIC驅動，該函數由U8g2源碼提供
u8x8_gpio_and_delay：就是上面我們寫的配置函數

void u8g2Init(u8g2_t *u8g2)
{
  u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f(u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_sw_i2c, u8x8_gpio_and_delay);  // 初始化 u8g2 結構體
  u8g2_InitDisplay(u8g2); // 根據所選的晶片進行初始化工作，初始化完成後，顯示器處于關閉狀态
  u8g2_SetPowerSave(u8g2, 0); // 打開顯示器
  u8g2_ClearBuffer(u8g2);
}

2.2.4 顯示測試函數

使用U8g2提供的測試函數，用于檢視顯示效果

void draw(u8g2_t *u8g2)
{
    u8g2_SetFontMode(u8g2, 1); /*字型模式選擇*/
    u8g2_SetFontDirection(u8g2, 0); /*字型方向選擇*/
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_inb24_mf); /*字庫選擇*/
    u8g2_DrawStr(u8g2, 0, 20, "U");
    
    u8g2_SetFontDirection(u8g2, 1);
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_inb30_mn);
    u8g2_DrawStr(u8g2, 21,8,"8");
        
    u8g2_SetFontDirection(u8g2, 0);
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_inb24_mf);
    u8g2_DrawStr(u8g2, 51,30,"g");
    u8g2_DrawStr(u8g2, 67,30,"\xb2");
    
    u8g2_DrawHLine(u8g2, 2, 35, 47);
    u8g2_DrawHLine(u8g2, 3, 36, 47);
    u8g2_DrawVLine(u8g2, 45, 32, 12);
    u8g2_DrawVLine(u8g2, 46, 33, 12);
  
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_4x6_tr);
    u8g2_DrawStr(u8g2, 1,54,"github.com/olikraus/u8g2");
}

2.3 源碼加入到MDK編譯

在一個STM32的基礎例程上進行修改。

2.3.1添加u8g2源碼到工程

左側工程目錄添加U8g2源碼，然後再添加U8g2的頭檔案搜尋目錄，如下：

2.3.2 主函數

主函數中，首先是IIC的初始化和U8g2的初始化，然後就可以測試U8g2的圖形顯示功能了：

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "u8g2.h"

int main(void)
{   
    delay_init();
    IIC_Init();
     
    u8g2_t u8g2;
    u8g2Init(&u8g2);

    while(1)
    {
       u8g2_FirstPage(&u8g2);
       do
       {
            draw(&u8g2);
       } while (u8g2_NextPage(&u8g2));
    }
}

3 測試效果

4 總結

本篇介紹了如何将U8g2圖形庫移植到STM32中，其中主要的修改包括：

精簡源碼中的u8g2_d_setup.c和u8g2_d_memory.c
OLED所用IIC接口的GPIO初始化
編寫u8x8_gpio_and_delay和u8g2Init

STM32移植U8g2圖形庫——玩轉OLED顯示

1 U8g2簡介

2 移植步驟

2.1 精簡c源碼

2.1.1 去掉無用的驅動檔案

2.1.2 精簡u8g2_d_setup.c

2.1.3 精簡u8g2_d_memory.c

2.2 編寫移植函數

2.2.1 GPIO初始化

2.2.2 u8x8_gpio_and_delay

2.2.3 u8g2Init

2.2.4 顯示測試函數

2.3 源碼加入到MDK編譯

2.3.1添加u8g2源碼到工程

2.3.2 主函數

3 測試效果

4 總結

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