[嵌入式]STM32移植U8g2图形库——玩转OLED显示

之前的文章，介绍过ESP8266在Arduino IDE环境中使用U8g2库，实现OLED上的各种图形显示。

本篇，介绍一下U8g2库如何移植到STM32上，进行OLED的图形显示。

本次的实验硬件为：

• STM32：型号为最常见的STM32F103C8T6
• OLED：0.96寸OLED，IIC接口（如果是SPI接口，文中也有对应的修改介绍）

1 U8g2简介

U8g2 是一个用于嵌入式设备的单色图形库。U8g2支持单色OLED和LCD，并支持如SSD1306等多种类型的OLED驱动。

U8g2源码的开源库地址：https://github.com/olikraus/u8g2

2 移植步骤

首先下载U8g2的源码，因为STM32主要是使用C语言编程，所以只需关注源码中的C源码部分，即csrc文件夹下的文件。

2.1 精简c源码

U8g2支持多种显示驱动的屏幕，因为源码中也包含了各个驱动对应的文件，为了减小整个工程的代码体积，在移植U8g2时，可以删除一些无用的文件。

2.1.1 去掉无用的驱动文件

这些驱动文件通常是u8x8_d_xxx.c，xxx包括驱动的型号和屏幕分辨率。ssd1306驱动芯片的OLED，使用u8x8_ssd1306_128x64_noname.c这个文件，其它的屏幕驱动和分辨率的文件可以删掉。

2.1.2 精简u8g2_d_setup.c

由于我的OLED是IIC接口，只留一个本次要用到的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这个函数），其它的可以删掉或注释掉。

#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，与这个函数看起来十分相似的函数的有：

• 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个，是给SPI接口的OLED用的，函数最后的数字或字母，代表显示时的buf大小：

• 1：128字节
• 2：256字节
• f：1024字节

2.1.3 精简u8g2_d_memory.c

由于用到的u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f函数中，只调用了u8g2_m_16_8_f这个函数，所以留下这个函数，其它的函数一定要删掉或注释掉，否则编译时很可能会提示内存不足！！！

#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 编写移植函数

精简源码之后，还需要编写如下的配置函数。

2.2.1 GPIO初始化

对OLED用到的IIC接口进行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 ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(IIC_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
}

如果是SPI接口，则初始化对应的SPI接口即可。

2.2.2 u8x8_gpio_and_delay

这个函数也需要自己写，主要的修改包括：

• 赋予U8g2相应的延时函数，比如下面的delay_ms和delay_us
• 为U8g2提供IIC接口的高低电平调用:
  • 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，可以参考如下写法：

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); //延时
            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，对于IIC与SPI接口，只有分别进行对应的配置即可。

2.2.3 u8g2Init

U8g2的初始化，需要调用下面这个u8g2_Setup_ssd1306_128x64_noname_f函数，该函数的4个参数含义：

• u8g2：传入的U8g2结构体
• U8G2_R0：默认使用U8G2_R0即可（用于配置屏幕是否要旋转）
• u8x8_byte_sw_i2c：使用软件IIC驱动，该函数由U8g2源码提供
• u8x8_gpio_and_delay：就是上面我们写的配置函数

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 结构体
	u8g2_InitDisplay(u8g2); // 根据所选的芯片进行初始化工作，初始化完成后，显示器处于关闭状态
	u8g2_SetPowerSave(u8g2, 0); // 打开显示器
	u8g2_ClearBuffer(u8g2);
}

2.2.4 显示测试函数

使用U8g2提供的测试函数，用于查看显示效果

void draw(u8g2_t *u8g2)
{
    u8g2_SetFontMode(u8g2, 1); /*字体模式选择*/
    u8g2_SetFontDirection(u8g2, 0); /*字体方向选择*/
    u8g2_SetFont(u8g2, u8g2_font_inb24_mf); /*字库选择*/
    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 源码加入到MDK编译

在一个STM32的基础例程上进行修改。

2.3.1添加u8g2源码到工程

左侧工程目录添加U8g2源码，然后再添加U8g2的头文件搜寻目录，如下：

2.3.2 主函数

主函数中，首先是IIC的初始化和U8g2的初始化，然后就可以测试U8g2的图形显示功能了：

#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 测试效果

4 总结

本篇介绍了如何将U8g2图形库移植到STM32中，其中主要的修改包括：

• 精简源码中的u8g2_d_setup.c和u8g2_d_memory.c
• OLED所用IIC接口的GPIO初始化
• 编写u8x8_gpio_and_delay和u8g2Init

其中，u8g2_d_memory.c文件一定要去掉无用的函数，否则编译时会提示内存不足；对于SPI接口的OLED，参考IIC接口进行类似的修改即可。

《新程序员》：云原生和全面数字化实践

50位技术专家共同创作，文字、视频、音频交互阅读