Petalinux2018.3でキャラクタLCD制御(ST7032i) の変更点

更新 
[[電気回路/zynq]]

* I2C 経由で繋いだキャラクタ型の液晶ディスプレイ(LCD)を制御する [#b227347f]

繋いだのはこれ [[digikey:NHD-C0216CIZ-FSW-FBW-3V3-ND]]

16 文字 x 2 行 で白色バックライト付きの LCD

付属の PDF だけだといろいろ情報が足りなくて困るのだけれど、
どうやらこの LCD には [[Strawberry Linux の ST7032i>https://strawberry-linux.com/pub/ST7032i.pdf]] 
という有名なコントローラが載っているらしいので、このキーワードで検索すればいろいろと情報が得られる。

ST7032i のマニュアル：~
https://strawberry-linux.com/pub/ST7032i.pdf

** 目次 [#v08453ec]

#contents

* 環境 [#h9cf1202]

[[作業履歴>電気回路/zynq#kc37dfd8]] のように
Petalinux 2018.3 を基本として作業してます。

LCD は i2c-1 に繋いだ。Petalinux は i2c-1 を認識して dtb に反映してくれていた。

Zynq 機器で動作する Ubuntu 18.04LTC のコンソールで、

 LANG:console
 $ less /boot/system.dts
  ...
 
  i2c1: i2c@e0005000 {
   compatible = "cdns,i2c-r1p10";
   status = "disabled";
   clocks = <&clkc 39>;
   interrupt-parent = <&intc>;
   interrupts = <0 48 4>;
   reg = <0xe0005000 0x1000>;
   #address-cells = <1>;
   #size-cells = <0>;
  };
  ...
 
 $ sudo grep i2c /var/log/syslog
  Jan 28 15:58:20 zturn2018_3 kernel: i2c /dev entries driver
  Jan 28 15:58:20 zturn2018_3 kernel: cdns-i2c e0004000.i2c: 400 kHz mmio e0004000 irq 24
  Jan 28 15:58:20 zturn2018_3 kernel: cdns-i2c e0005000.i2c: 400 kHz mmio e0005000 irq 25
 $ ls -l /dev | grep i2c
  crw------- 1 root     root     89,   0  1月 28 15:58 i2c-0
  crw------- 1 root     root     89,   1  1月 28 15:58 i2c-1
 $ cat /proc/device-tree/amba/i2c@e0005000/status
  okay

ちゃんと 400kHz クロックになっており、status = "okay" なのでそのまま使える。

* リセットピンを制御可能にする [#e9ee91d6]

[[電気回路/zynq/Petalinux2018.3でaxi_gpio]] により、
/sys/class/gpio/gpio905/value 経由でリセットピンの上げ下げができるようになった。

リセットは Active Low なので、使用時には上げておく必要がある。

 LANG:console
 $ echo 905 > /sys/class/gpio/export
 $ echo out > /sys/class/gpio/gpio905/direction
 $ echo 0 > /sys/class/gpio/gpio905/value # reset
 $ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio905/value # release reset

* LCD との通信 [#cdba4dc7]

LCD のアドレスは 0x7c だそうだ（後で間違いであったことが発覚）。

- int i2c = open("/dev/i2c-1", O_RDWR);
- ioctl(i2c, I2C_SLAVE, 0x7c);
- write(i2c, &bytes, length_of_bytes);
- read(i2c, &buffer, length_to_receive);

の組み合わせでやりとりすればいい・・・のかと思ったのだけれど、

https://www.kernel.org/doc/Documentation/i2c/dev-interface

を見ると、

> Note that only a subset of the I2C and SMBus protocols can be achieved by
the means of read() and write() calls. In particular, so-called combined
transactions (mixing read and write messages in the same transaction)
aren't supported. For this reason, this interface is almost never used by
user-space programs.

などと書かれてた orz

LCD の制御だけが目的の場合にはデータの読み出しを必要としないので、
まあそこそこ行ける・・・かな？

試してみる。

* ちょっとうまく行かないので調べ中 [#f00a2f54]

まずはこれだけ。

 LANG:c
  int i2c = open("/dev/i2c-1",O_RDWR);
  ioctl(i2c, I2C_SLAVE, 0x7c);
  write(i2c, "\x00\x38", 2);
  close(i2c);

オシロスコープで見た信号は、

&tchart(
@w_hold 5
@w_transient 1
SCL ~~~___|~~__|~~__|~~__|~~__|~~__|~~__|~~__|~~__|~~__|~~~~~
SDA ~~|___~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~____________~~~~____|~~
DATA -=S=--=1=--=1=--=1=--=1=--=1=--=0=--=0=--=0=--=1=--=0=-=P=-
HEX  -----==========7=X==============C=XW===XNA===-------
);

のようになっていた。

例えば http://www.picfun.com/c15.html を参考に波形を読み解くと、

- SCL = 1 における SDA negedge がスタートコンディション (S)
- 以降、SCL = 0 でのみ SDA の遷移が許される
- SCL posedge にてデータの読み取り
- １バイト目は 7bit のスレーブアドレスに R/W フラグを付けたもの
- 今の場合は (0x7C << 1) + (write ? 0 : 1) の write モードになる
- スレーブが自分のアドレスを受け取ると、上のチャートで NA となっているところで SDA を 0 にする(Acknowledge)のだが、実測ではここが１になっているのでスレーブが反応していない状況だ
- SCL = 1 における SDA posedge がストップコンディション (P)
- ストップを送るためには SDA を一旦 0 にしなければならないので、直前にマスターが 0 を出している

思った通りの信号が出ているにもかかわらずスレーブが応答しない理由は・・・まさかアドレスが間違ってる？！

もう一度 LCD のマニュアルを見直すと、

#ref(lcd-address.png,,50%,around);

でかでかと Slave Address = 0x7C と書いておきながら、
サンプルコード等で実際に送っているアドレスは 0b0111110 = 0x3e だった orz

すっかり騙されたよ。

ioctl(i2c, I2C_SLAVE, 0x3e); にしたところ、うまく行き始めた。

* 操作プログラム [#k04ab626]

こういうプログラムを作った。

lcd-control : https://github.com/osamutake/zynq-utils/tree/master/src/lcd-control

マニュアルによれば、これを使って、

 LANG:console
 $ sudo lcd-control -c 0x38
 $ sudo lcd-control -c 0x39
 $ sudo lcd-control -c 0x14 0x78 0x5e 0x6d 0x0c 0x06 0x01
 $ sudo lcd-control "Hello, world!"

で良いはずなのだけれど、実際には

- コントラスト、というか、黒が強すぎる
- １行目の上半分が表示されない

の不具合があった。

コントラストについては、0x5e となっていたところを 0x5d にすれば良くなった。

１行目の上半分が表示されないのは、たまたま当たってしまった LCD の初期不良な可能性が高い。~
→ LCD を指で押すと表示されない領域が増えたり減ったりする orz

ということで、以下のようにして使えるようになった。

 LANG:console
 $ # 初期化
 $ sudo lcd-control -c 0x38
 $ sudo lcd-control -c 0x39
 $ sudo lcd-control -c 0x14 0x78 0x5d 0x6d 0x0c 0x06
 
 $ # 通常の使い方
 $ sudo lcd-control -c 0x01 # 画面消去＆ホームポジション
 $ sudo lcd-control -c 0xc0 # ２行目先頭へ移動
 $ sudo lcd-control "Hello, world!"
 
 $ # IP アドレスを表示
 $ sudo lcd-control -c 0x01 # 画面消去＆ホームポジション
 $ sudo lcd-control -c 0xc0 # ２行目先頭へ移動
 $ sudo lcd-control `ip a s eth0 | grep "inet " | sed -e "s/.*inet //" | sed -e "s/\/.*//"`

元々この LCD は Ethernet 経由でデバイスを制御する目的で
IP アドレスを表示するためのものだったので、さしあたりは
１行しか表示できなくてもまあなんとかなりそう。

* LAN ケーブルの抜き差しに応じて表示を変更する [#x7edb681]

eth0 が有効・無効になった直後に LCD 表示を更新する。

/usr/local/bin/lcd-show-ip
 LANG:sh
 #!/bin/sh
 
 test -e /sys/class/gpio/gpio905 || exit 1
 
 # Deassert active-low reset
 echo out > /sys/class/gpio/gpio905/direction
 echo 0 > /sys/class/gpio/gpio905/value # reset
 echo 1 > /sys/class/gpio/gpio905/value # release reset
 
 
 lcd-control -c 0x38
 lcd-control -c 0x39
 lcd-control -c 0x14 0x7c 0x5d 0x6d 0x0c 0x06 0x01
 
 lcd-control -c 0x01 # clear screen
 lcd-control -c 0xc0 # move to second line
 
 # show ip address
 ADDR=`ip a s eth0 | grep "inet " | sed -e "s/.*inet //" | sed -e "s/\/.*//"`
 if [ -z $ADDR ]; then
    lcd-control "NO ADDRESS"
 else
    lcd-control $ADDR
 fi

を用意して、

 LANG:console
 $ sudo chown root:root /usr/local/bin/lcd-show-ip
 $ sudo ln -s /usr/local/bin/lcd-show-ip /usr/lib/networkd-dispatcher/routable.d/lcd-show-ip
 $ sudo ln -s /usr/local/bin/lcd-show-ip /usr/lib/networkd-dispatcher/no-carrier.d/lcd-show-ip

としたところ、
- LAN ケーブルを抜くと NO ADDRESS を表示
- LAN ケーブルを挿すと dhcp で自動取得した IP アドレスを表示

を実現できた。

作業履歴へ戻る → [[電気回路/zynq]]

* コメント・質問 [#d67302dc]

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