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@infinite1oop(H T)

Zephyr（その２：ディスプレイ）

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ディスプレイにテキスト表示

深い理由はないが、RTOSとしてのZephyr確認する前の準備として、何かしらのテキストをディスプレイに表示したくなった。本稿はZephyrでディスプレイにテキスト表示する時のメモである。ZephyrでのBuild環境については、その１参照。

テキスト表示環境

まずは、所持するディスプレイ付きマイコンボードおよびサンプルコードをトライ＆エラー。結果としては、下記を利用。

サンプルコード実行

上記サンプルコードを実行すると、

となり、文字が裏返しとなってしまった。これについて、調べる（AIさんに問い合わせ）と、用いているディスプレイドライバili9341を修正する必要があるとのこと。

zephyr/drivers/display/display_ili9xxx.c
<略>

        } else if (config->quirks->cmd_set == CMD_SET_2) {
                if (orientation == DISPLAY_ORIENTATION_NORMAL) {
                        /* Do nothing */
                } else if (orientation == DISPLAY_ORIENTATION_ROTATED_90) {
                        //この行がオリジナル data->madctl |= ILI9XXX_MADCTL_MV | ILI9XXX_MADCTL_MY;
                        data->madctl |= ILI9XXX_MADCTL_MV;
                } else if (orientation == DISPLAY_ORIENTATION_ROTATED_180) {
                        data->madctl |= ILI9XXX_MADCTL_MY | ILI9XXX_MADCTL_MX |
                                   ILI9XXX_MADCTL_ML;
                } else if (orientation == DISPLAY_ORIENTATION_ROTATED_270) {
                        data->madctl |= ILI9XXX_MADCTL_MV | ILI9XXX_MADCTL_MX;
                }
        }
<略>

上記のように、ローテーション90度のところを修正。後述するDevice Treeファイルの記述内容とセットで、正しく表示されるようだ。

本題（サンプルプロジェクトの修正）

Zephyrプロジェクト構成

これについては、下記サイトの説明がわかりやすい。

で、今回のプロジェクト構成は下記となっている。

% tree                   
.
├── CMakeLists.txt
├── prj.conf
├── src
│   └── main.c
└── wio_terminal.overlay

Zephyrの最小構成としては、CMakeLists.txt、src/main.cとなる。ここでは、ディスプレイにテキストを表示するため、prj.confおよびwio_terminal.overlayが存在している。

ファイル

CMakeLists.txt

CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.20.0)

find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE})
project(DisplayText)

FILE(GLOB app_sources src/*.c)
target_sources(app PRIVATE ${app_sources})

ここはお決まりの記法のようだ。先述したサイトの説明にお任せ。

prj.conf

prj.conf
CONFIG_LV_Z_MEM_POOL_SIZE=16384
CONFIG_MAIN_STACK_SIZE=4096

CONFIG_DISPLAY=y
CONFIG_DISPLAY_LOG_LEVEL_ERR=y

CONFIG_LVGL=y
CONFIG_LV_FONT_MONTSERRAT_20=y

サンプルコードにあったprj.confを、トライ＆エラーにより最小化したものである。なお、表示するフォントサイズを大きくするため、「CONFIG_LV_FONT_MONTSERRAT_20=y」を定義している。

wio_terminal.overlay

Device Treeファイル。

wio_terminal.overlay
&ili9341 {
    status = "okay";
    rotation = <90>;
    width = <320>;
    height = <320>;
};

ここはAIさんとともに、トライ＆エラーした内容。先ほどのdisplay_ili9xxx.cとともに、rotationに90度を、widthおよびheightに適宜値を指定。なお、ファイル名は、westコマンドのオプション「-b」で指定するボード名（ここでは「wio_terminal」）に拡張子「.overlay」をつけたものと一致させる。

src/main.c

サンプルコードをもとに、AIさんに頼りながら作成。動作内容は下記。

  • 文字列”Bonjour”が表示
  • 1秒ごとにインクリメントするカウンタが表示
    • 左ボタン押下でカウンタリセット
    • 中央ボタン押下でカウンタが100プラス
    • 右ボタン押下でカウンタが1000プラス
main.c
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/devicetree.h>
#include <zephyr/drivers/display.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>
#include <lvgl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <zephyr/kernel.h>
#include <lvgl_input_device.h>

#define LOG_LEVEL CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL
#include <zephyr/logging/log.h>
LOG_MODULE_REGISTER(app);

static uint32_t count;

static void call_arg_unused(const struct device *port,
                                struct gpio_callback *cb,
                                uint32_t pins)
{
        ARG_UNUSED(port);
        ARG_UNUSED(cb);
        ARG_UNUSED(pins);
}

static void button0_isr_callback(const struct device *port,
                                struct gpio_callback *cb,
                                uint32_t pins)
{
        call_arg_unused(port, cb, pins);
        count = 0;
        printk("Button0 Pressed\n");
}

static void button1_isr_callback(const struct device *port,
                                struct gpio_callback *cb,
                                uint32_t pins)
{
        call_arg_unused(port, cb, pins);
        count += 100*100;
        printk("Button1 Pressed\n");
}

static void button2_isr_callback(const struct device *port,
                                struct gpio_callback *cb,
                                uint32_t pins)
{
        call_arg_unused(port, cb, pins);
        count += 1000*100;
        printk("Button2 Pressed\n");
}

enum btn {
        BTN0,
        BTN1,
        BTN2,
        BTN_MAX,
};

static struct gpio_callback button0_callback;
static struct gpio_callback button1_callback;
static struct gpio_callback button2_callback;

typedef void (*button_isr_t)(const struct device *port, struct gpio_callback *cb, uint32_t pins);

struct btn_gpio {
        struct gpio_dt_spec dts;
        struct gpio_callback *cb;
        button_isr_t isr_handler;
};

static struct btn_gpio buttons[BTN_MAX] = {
        [BTN0] = { 
                .dts = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw0), gpios, {0}),
                .cb = &button0_callback, 
                .isr_handler = button0_isr_callback
        },
        [BTN1] = { 
                .dts = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw1), gpios, {0}), 
                .cb = &button1_callback, 
                .isr_handler = button1_isr_callback
        },
        [BTN2] = { 
                .dts = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw2), gpios, {0}), 
                .cb = &button2_callback, 
                .isr_handler = button2_isr_callback
        },
};

static void setup_buttons(void)
{
        int err;

        for (int i = 0; i < BTN_MAX; i++) {
                if (!gpio_is_ready_dt(&buttons[i].dts)) {
                        LOG_ERR("Button %d is not ready", i);
                        continue;
                }

                err = gpio_pin_configure_dt(&buttons[i].dts, GPIO_INPUT);
                if (err) {
                        LOG_ERR("Failed to configure Button %d: %d", i, err);
                        continue;
                }

                gpio_init_callback(buttons[i].cb, buttons[i].isr_handler, BIT(buttons[i].dts.pin));

                err = gpio_add_callback(buttons[i].dts.port, buttons[i].cb);
                if (err) {
                        LOG_ERR("Failed to add callback for Button %d: %d", i, err);
                        continue;
                }

                err = gpio_pin_interrupt_configure_dt(&buttons[i].dts, GPIO_INT_EDGE_TO_ACTIVE);
                if (err) {
                        LOG_ERR("Failed to enable interrupt for Button %d: %d", i, err);
                        continue;
                }
        }
}

int main(void)
{
        char count_str[11] = {0};
        const struct device *display_dev;
        lv_obj_t *hello_world_label;
        lv_obj_t *count_label;
        int ret;

        display_dev = DEVICE_DT_GET(DT_CHOSEN(zephyr_display));
        if (!device_is_ready(display_dev)) {
                LOG_ERR("Device not ready, aborting test");
                return 0;
        }

        setup_buttons();

        LV_FONT_DECLARE(lv_font_montserrat_20);

        hello_world_label = lv_label_create(lv_screen_active());
        lv_label_set_text(hello_world_label, "Bonjour");
        lv_obj_set_style_text_font(hello_world_label, &lv_font_montserrat_20, 0);
        lv_obj_align(hello_world_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, -30);

        count_label = lv_label_create(lv_screen_active());
        lv_obj_set_style_text_font(count_label, &lv_font_montserrat_20, 0);
        lv_obj_align(count_label, LV_ALIGN_CENTER, 0, 30);

        lv_timer_handler();
        ret = display_blanking_off(display_dev); // Must
        if (ret < 0 && ret != -ENOSYS) {
                LOG_ERR("Failed to turn blanking off (error %d)", ret);
                return 0;
        }

        while (1) {
                if ((count % 100) == 0U) {
                        sprintf(count_str, "%d", count/100U);
                        lv_label_set_text(count_label, count_str);
                        //printk("Uptime: %u seconds\n", count / 100);
                }
                lv_timer_handler();
                ++count;
                k_sleep(K_MSEC(10));
        }
}

内容的にはサンプルコードとほぼ同じ。補足説明。

  • 左ボタン
    • GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw0)
    • button0_isr_callback()：押下時の割り込みルーチン
  • 中央ボタン
    • GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw1)
    • button1_isr_callback()：押下時の割り込みルーチン
  • 右ボタン
    • GPIO_DT_SPEC_GET_OR(DT_ALIAS(sw2)
    • button2_isr_callback()：押下時の割り込みルーチン
  • setup_buttons()：ボタン処理初期化
  • LV_FONT_DECLARE(lv_font_montserrat_20)：20ポイントフォントの適用（prj.conf参照）
  • テキスト表示
    • lv_label_create()：テキストラベル作成
    • lv_label_set_text()：テキストセット
    • lv_obj_set_style_text_font()：フォント指定
    • lv_obj_align()：配置指定

なお、ボタンチャタリングは考慮していない。

Build、書き込み、実行

まずはBuild。

(.venv) name@Ahost display % west build -t menuconfig -b wio_terminal
-- west build: generating a build system
Loading Zephyr default modules (Zephyr base).
<略>

Converted to uf2, output size: 566784, start address: 0x4000
Wrote 566784 bytes to zephyr.uf2

書き込み時には、Wio Terminalの横のスイッチを2回すばやく動かす必要がある。その後、下記コマンドを実行。

(.venv) name@Ahost display %  west flash                     
-- west flash: rebuilding
ninja: no work to do.
-- west flash: using runner bossac
<略>

Done in 7.058 seconds
Set boot flash true
(.venv) name@Ahost display %

書き込み終了後の実行時の様子。

正常.jpg

文字が見える（裏返しではなく）。

シリアルターミナル

ボタンを押した時のログ。

$ screen /dev/tty.usbmodem1101 115200

*** Booting Zephyr OS build v4.4.0-1647-g29d97bdaf61b ***
Button2 Pressed
Button0 Pressed
Button1 Pressed

おまけ

ボタンの位置変更

Device Treeファイルの定義でボタン操作を変更できる。例えば、

wio_terminal.overlay
/ {
    aliases {
        sw0 = &user_button_1; 
        sw1 = &user_button_0; 
    };
};

&ili9341 {
    status = "okay";
    rotation = <90>;
    width = <320>;
    height = <320>;
};

とすると、左ボタン（user_button_0）と中央ボタン（user_button_1）との操作を入れ替えることができる。

Kconfig

% west build -t menuconfig -b wio_terminal

上記コマンドにより、Build時のオプションを選択できる。

west_build_-t_menuconfig_-b_wio_terminal1.png

今回は未使用であったが、Kconfigに下記内容を記述したとする。

source "Kconfig.zephyr"

mainmenu "Text Sample"

config RESET_COUNTER_SW0
	bool "Reset counter when sw0 is pressed"
	depends on $(dt_alias_enabled,sw0)
	select GPIO
	default y

すると、先ほどのコマンドでは、下記が表示される。

west_build_-t_menuconfig_-b_wio_terminal2.png

Buildオプションとして、上記内容が表示される。また、選択されている場合、ソースコード上で、下記が内容が有効化される（含まれる）。

#ifdef CONFIG_RESET_COUNTER_SW0

終わりに

次は、RTOSとしての内容をトライ。

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