DongshanPI-D1s开发板使用教程之使用U8g2驾驭SSD1306 OLED(I2C)液晶显示屏

DongshanPI DongshanPI-D1s
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经过 DongshanPI-D1s开发板使用教程之SHT30温湿度传感器(I2C)数据读取 及 DongshanPI-D1s开发板使用教程之使用LCD1602(I2C)液晶显示屏 的学习研究，已经可以使用I2C设备了。

进过进一步的研究，又点亮了SSD1306 OLED(I2C)液晶显示屏，下面给大家分享。
SSD1306 OLED是一种非常常用的自发光的像素点液晶显示屏，通常为128x64和128x32，也有其他规格的。
接口通常为I2C和SPI，非常方便在嵌入式设备上使用。在Arduino的教程中，SSD1306 OLED也是常客。

驱动SSD1306 OLED的方法，也是八仙过海各显神通，有很多人写了很多种不同的操作库。
但最常用、最通用、最好用的，当属U8g2了。
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U8g2绝对是一个好东西。它是用于嵌入式设备的单色图形库，支持单色 OLED 和 LCD，其中包括但不限于以下控制器：SSD1305、SSD1306、SSD1309、SSD1312、SSD1316、SSD1318、SSD1320、SSD1322、SSD1325、SSD1327、SSD1329、SSD1606、SSD1607、SH1106、SH1107、SH1108、SH1122、T6963、RA8835、LC7981、PCD8544、PCF1107、SH1108、SH1122、T6963、RA8835、LC7981、PCD8544、PCFf。 8812， HX1230， UC1601， UC1604， UC1608， UC1610， UC1611， UC1617， UC1638， UC1701， ST7511， ST7528， ST7565， ST7567， ST7571， ST7586， ST7588， ST75160， ST75256， ST75320， NT7534， ST7920， IST3020， IST3088， IST7920， LD7032， KS0108， KS0713， HD44102， T7932， SED1520， SBN1661， IL3820， MAX7219， GP1287， GP1247， GU800。。。
可以说，常见的嵌入式设备上用的单色OLED和LCD，基本上都支持上了。

那这篇分享中，就使用U8g2来驱动SSD1306 OLED(I2C)液晶显示屏。

一、硬件材料

  1. D1s开发板：DongshanPI-D1s开发板
  2. SSD1306 OLED：0.96寸，分辨率128x64，I2C接口
  3. 连接线：杜邦线若干，需要2.0转2.54线；手头没有转接线，直接用测试钩

SSD1306 OLED(I2C)液晶显示屏：

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我使用的：

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我手头的这款，带有支架，显得相当的高级。

二、原理图
通过查看DongshanPI-D1s开发板的原理图，了解到I2C接口使用和连接：

DongshanPI-D1s.drawio
DongshanPI-D1s.drawio859×1104 222 KB

在上图核心板的左下角，可以看到：
PE12：SCL
PE13：SDA
需要注意的是，默认系统中，开启的是I2C2。

三、实物接线

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需要注意的是，不同厂家的SSD1306 OLED，使用的电压不同。
有的只能使用3.3V，使用5V就会烧掉。我用的这款，是支持3.3V~5V的。
另外，不同厂家不同的版本，VCC、GND、SDA、SCL的顺序也可能不同，一定要注意，以免烧毁。

四、编译固件
参考 DongshanPI-D1s开发板使用教程之SHT30温湿度传感器(I2C)数据读取 进行。
如果已经编译烧录过，则不用重新编译烧录，直接使用即可。

五、I2C设备检测
DongshanPI-D1s开发板启动后，参考 DongshanPI-D1s开发板使用基础文档【编译、烧录、adb、gpio-led、c】 使用OTG接口通过adb连接，再进行下面的操作。

  1. 执行i2cdetect -l 查看当前的I2C控制器：
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    可以看到，当前可用的i2c设备为i2c-2
  2. 执行i2cdetect -r -y 2，查看识别的I2C外部设备：
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    可以看到，SSD1306 OLED(I2C)的地址0x3c被识别出来了。
    不同厂家的SSD1306 OLED(I2C)，设备地址可能不同，请仔细查阅所用设备的说明。
    后续代码中，也要做对应的处理。

如果在列表中，没有看到SSD1306 OLED(I2C)的地址，请仔细检查OLED的I2C的接线是否正常。
如果因为程序错误，导致I2C设备打开后，进入busy状态，那就把开发板断电，然后重新上电启动，再次进行检查。

六、编写代码
U8g2的官方代码库为： olikraus/u8g2: U8glib library for monochrome displays, version 2 (github.com)

先将代码克隆下来：

git clone https://github.com/olikraus/u8g2.git

在U8g2的官方仓库中，有linux-i2c的演示，我们可以直接参考使用，位置如下：

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不过，该演示，不能直接编译为DongshanPI-D1s的Tina系统的目标代码，需要做一些处理。

具体处理如下：
文件：sys/linux-i2c/common/linux-i2c.c

...
-#include <i2c/smbus.h>
+// #include <i2c/smbus.h>
...
-int adapter_nr = 0; /* probably dynamically determined */
+int adapter_nr = 2; /* probably dynamically determined */
...
-               if (i2c_smbus_write_i2c_block_data(file, data[0], idx - 1, &data[1]) < 0) {
+               // if (i2c_smbus_write_i2c_block_data(file, data[0], idx - 1, &data[1]) < 0) {
+               if(write(file, data, idx) < 0) {
...

上述代码中的修改，是将i2c_smbus调用注释掉，换成通用的write调用即可。

然后，编写测试代码：
文件：sys/linux-i2c/128x32-oled/oled_demo.c

#include <linux-i2c.h>
#include <u8g2.h>
#include <stdio.h>

#define SSD1306_ADDR  0x3c

u8g2_t u8g2;

int main (void)
{
    u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f(&u8g2, U8G2_R0, u8x8_byte_linux_i2c, u8x8_linux_i2c_delay);

	u8g2_SetI2CAddress(&u8g2, SSD1306_ADDR);

	u8g2_InitDisplay(&u8g2);

	u8g2_SetPowerSave(&u8g2, 0);

	u8g2_ClearBuffer(&u8g2);

	u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_smart_patrol_nbp_tr);

	u8g2_SetFontRefHeightText(&u8g2);

	u8g2_SetFontPosTop(&u8g2);

	u8g2_DrawFrame(&u8g2, 0, 0, 128, 16);
	u8g2_DrawRFrame(&u8g2, 0, 16, 128, 48, 5);

	u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_unifont_t_chinese1);
	u8g2_SetFontMode(&u8g2, 0);
	u8g2_DrawStr(&u8g2, 3, 1, "u8g2@SSD1306");

	u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_siji_t_6x10);
	u8g2_SetFontMode(&u8g2, 1);
	u8g2_DrawGlyph(&u8g2, 128 - 16, 3, 0x0e200);

	// u8g2_DrawStr(&u8g2, 0, 20, "I am a test.");
	u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_unifont_t_chinese2);
	u8g2_SetFontMode(&u8g2, 0);
	u8g2_DrawUTF8(&u8g2, 3, 24, "我是东山派Pi-D1s");

	u8g2_DrawUTF8(&u8g2, 3, 48, "我很NB 天下无双");

	u8g2_SendBuffer(&u8g2);

}

简单起见，我直接在128x32-oled目录中编写了代码，你也可以把这个目录拷贝为128x64-oled，再进行编写和后续的操作

在上述代码中：

  • sys/linux-i2c/common/linux-i2c：负责I2C接口数据收发处理，使得底层硬件操作逻辑分离
  • sys/linux-i2c/128x32-oled/oled_demo.c：
    • 初始化I2C接口的ssd1306设备
    • 画框
    • 使用不同的字体，显示不同的内容

关于字体的使用，可以查看我的另外一篇文章： U8g2中的字体应用
这里进行简单说明：

  1. u8g2_font_unifont_t_chinese1、u8g2_font_unifont_t_chinese2为常用的中文字体，但只能显示几百个常用的中文字符，且为UTF-8格式，但都能显示英文字符，不过两者字号不同。
  2. u8g2_font_siji_t_6x10用于显示图标，这里显示的是插电的图标。U8g2中有不少可以显示特殊符号的字体。

U8g2提供了丰富的接口，用于输出字符以及绘制图形处理，具体可以查看： u8g2reference · olikraus/u8g2 Wiki (github.com)

然后要修改一下sys/linux-i2c/128x32-oled/Makefile：


CFLAGS = -g -Wall -I../../../csrc/. -I../common/. 

SRC = $(shell ls ../../../csrc/*.c) $(shell ls ../common/*.c) oled_demo.c 

OBJ = $(SRC:.c=.o) 

oled_demo: $(OBJ) 
	# $(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(OBJ) -li2c -o oled_demo
	$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(OBJ) -o oled_demo

clean:	
	-rm -f $(OBJ) oled_demo

编写完测试代码，就可以准备编译执行了。

七、编译代码并执行
这里需要注意的是，编写、编译、上传、执行，是在不同的环境：

  • 编写：可以在编译固件的环境，也可以在主机环境编写好以后在编译环境编译
  • 编译：在编译固件的环境中编译
  • 上传：在主机环境，通过adb上传到开发板
  • 执行：在开发板上执行

那就先编译代码：

# 设置编译工具路径
export PATH=/sdk/tina-d1-h/prebuilt/gcc/linux-x86/riscv/toolchain-thead-glibc/riscv64-glibc-gcc-thead_20200702/bin/:$PATH

# 编译
cd ssd1306/u8g2/sys/linux-i2c/128x32-oled/
env CC=riscv64-unknown-linux-gnu-gcc make -f Makefile

# 查看结果
ls -lh oled_demo
  -rwxr-xr-x 1 root  13M Nov  6 16:06 oled_demo

编译完成后，在主机上，使用adb上传：

adb push oled_demo /tmp/

因为开发板上，如果没有插SD卡的话，/可用空间不足，所以上传到/tmp/空间使用。

最后，在开发板上执行：

/tmp/oled_demo

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OLED液晶屏上实际输出如下：

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SSD1306 OLED非常好用，在嵌入式设备上，也非常的适用，用途非常的广泛。学会使用，对于后续的开发设计，会有非常大的帮助。
例如，下面就是一个简单的互联网时钟：

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