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OLED具備自發光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術。目前OLED的驅動大部分都是基于STM系列 ARM芯片和傳統FPGA芯片。為適應Xilinx最新平臺Zynq的人機交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅動設計方法。文章闡述了OLED的特性和SPI控制方式，給出了設計流程和硬件電路圖。利用Zynq的PL部分完成了OLED驅動的IP核，利用Zynq的PS部分實現了OLED的驅動程序設計。通過AXI總線實現PL和PS的通信。最后通過測試程序，實現了字母、數字和點陣圖像的實時顯示。解決了基于Zynq器件在廣電儀器和電力儀表儀器中人機交互的工程技術，具有集成度高、可移植性強和通用性好等優點。 1 引言 隨著近幾年嵌入式技術的飛速發展和廣泛應用，人機交互成為嵌入式設備的迫切需要。為適應Xilinx最新平臺Zynq的人機交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅動設計方法。 有機發光二極管（Organic Light－Emitting Diode，OLED）由于同時具備自發光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術。 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現完美結合，以低功耗和低成本等系統優勢實現良好的系統性能、靈活性和可擴展性。 目前OLED的驅動大部分都是基于STM系列ARM芯片和傳統FPGA芯片。在Zynq上，Xilinx提供了Linux演示實例，但無裸機源碼，無法滿足實時性比較強的工程實際需求。 文章詳細闡述了基于Zynq的OLED驅動設計步驟和方法，并且在基于Zynq的開發板ZedBoard上實現了實時顯示字母、數字和點陣圖像，為Zynq在儀器儀表領域實現人機交互提供了技術支撐。 2 OLED驅動設計流程 Zynq是一個ARMPS＋PL結構，其中PL部分就是傳統意義的FPGA，可以方便地定制相關外設IP，也可以進行相關的算法設計，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開發一樣。Zynq最大的特點是可以利用PL部分靈活地定制外設，掛在PS上，而普通的ARM，外設是固定的。因此，Zynq的硬件外設是不固定的，這也是Zynq靈活性的一個表現。OLED在Zynq上是連接在PL上，因此需要把OLED對應引腳掛在PS的硬件上，然后設計OLED IP核，再通過SDK設計驅動程序，OLED驅動設計流程如圖1所示。 ZedBozrd控制OLED的主要方法是：自行設計一個IP核，對OLED的6個控制信號和電源信號進行邏輯設計和引腳約束，通過AXI總線，把OLED的IP核和PS聯系起來。在PS部分編寫相應的驅動程序，即可實現對OLED的控制，如圖2所示。 圖1 OLED驅動設計流程 圖2 OLED系統設計圖 因此，要實現OLED顯示功 能，主要做以下幾個方面工作：設計Zynq硬件系統（PS部分）、設計自己的IP核和PS部分驅動程序設計。 3 建立Zynq硬件系統和OLED IP核 Zynq的開發板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。根據原理圖可知，ZedBoard開發板使用的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）：硬復位OLED； DC：命令／數據標志（0，讀寫命令；1，讀寫數據）； SCLK：串行時鐘線； SDIN：串行數據線； VDD：邏輯電路電源； VBAT：DC／DC轉換電路電源。 在SPI模式下，每個數據長度均為8位，在SCLK的上升沿，數據從SDIN移入到SSD1306，并且是高位在前的。 圖3 OLED原理圖 Zynq的硬件系統是指在PL中配置相關外設，掛載到PS中，作為PS部分的外設使用。OLED驅動主要用到6個IO口，在生成硬件系統時，只需要利用Xilinx的嵌入式工具XPS生成最小硬件系統，然后把OLED的相關引腳添加到最小硬件系統中。主要過程如下： （1）根據芯片型號，根據XPS工具設計流程，生成Zynq的最小硬件系統。 （2）在最小硬件系統中，添加外設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。 （3）my＿oledIP核邏輯設計主要完成IP核引腳添加、端口映射和用戶邏輯功能。首先要對設計的IP核添加引腳，在系統生成的MPD文件中，添加OLED的相關引腳端口和方向信息。 在MPD文件中，在PORT下添加OLED的相關引腳和方向信息，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）在系統生成的my＿oled.vhd文件中，用VHDL語言進行端口設計，主要進行以下兩個設計。 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核端口進行映射，代碼如下： DC ＝＞DC， RES ＝＞RES， SCLK ＝＞SCLK， SDIN ＝＞SDIN， VBAT ＝＞VBAT， VDD ＝＞VDD， （5）在系統生成的user＿logic．v文件中，用Verilog語言進行邏輯設計，實現寄存器和SPI對應端口連接并實時讀取，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。實現把slv＿reg0寄存器低6位實時傳給tmp寄存器，通過對寄存器slv＿reg0的寫操作達到控制6個引腳的時序。 always＠（posedgeBus2IP＿Clk） begin tmp＜＝slv＿reg0［5：0］； end 4 OLED驅動程序設計 由于ZedBoard開發板上的OLED使用的是SPI協議，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進行命令和數據的傳輸。OLED的控制需要經過初始化、傳數據和命令以及對顯存設置等操作實現。 4.1 初始化 驅動IC的初始化代碼，可以參考廠家推薦的設置，但需要根據開發板上OLED實際參數進行一些修改。 根據SSD1306數據手冊的初始化說明，具體步驟如圖4所示。初始化的實現就是對SSD1306進行寫命令。 圖4 SSD1306初始化步驟 4.2 寫數據和命令的實現 在SCLK時鐘下，根據要寫入的數據或者命令，設置SDIN引腳的電平，一位一位地把數據寫入SSD1306。SSD1306每次傳送的命令和數據均為一個字節，傳送數據和命令的區別是通過Set＿OLED＿DC宏，設置該函數為寫數據，通過Clr＿OLED＿DC宏，設置該函數為寫命令。實現一個字節的數據傳輸代碼如下： 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 顯存數據寫入SSD1306存儲器 我們采用的辦法是在PS的內部建立一個OLED的GRAM（共128個字節），在每次修改的時候，只是修改PS上的GRAM（實際上就是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）；／／設置頁地址 write＿cmd（0x00）；／／設置顯示位置—列低地址，偏移了2列 write＿cmd（0x10）；／／設置顯示位置—列高地址 for（n＝0；n＜128；n＋＋）write＿data（OLED＿GRAM［n］［i］）； ｝ ｝ 4.4 顯示結果 系統實現了OLED的字母、數字和點陣圖形實時顯示，如圖5所示。 圖5 OLED運行結果 5 結論 系統采用可軟硬件協同設計的Zynq器件，定制硬件IP核，采用傳統ARM程序設計方法設計OLED驅動程序和測試程序，實現了實時顯示。解決了基于Zynq器件在廣電儀器和電力儀表儀器中人機交互的工程技術，具有集成度高、可移植性強和通用性好等優點。 |
