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STM32F103C8T6でu8g2ライブラリを使う

Last updated at 2019-10-20Posted at 2019-10-17

はじめに

通称Blue PillとよばれているSTM32F103C8T6にて、u8g2ライブラリを使用して0.96inch OLEDモジュールをi2cにて表示させてみました。
素のu8gを使用する場合はこちらを参照してください。

対象のOLED

対象のOLEDはAliexpressで売っているSSD1306を使用したノーブランドの0.96"のOLEDです。

<余談>I2Cのアドレスを変更する

このOLEDはアドレス変更するジャンパーがありませんが、変更することは可能です。フレキシルケーブルの15番目をGNDにすると0x78(0x3C)=デフォルト, VDDにすると0x7A(0x3D)になります。

OLEDのフレキシブケーブルの左から15番目をカットします。

Q1のコレクタがVCCに接続されているので、これと接続しています。フレキシブルケーブルはハンダブリッジが発生しないようコンプトンテープで保護しています。

Arduinoでテストしてみました。1系統のi2cで二つのOLEDを制御可能です。
ただし128x64ではなく128x32の表示にしています。(128x64だとメモリが足りなくなり標準ライブラリで対応できないとか。)

STM32CubeMXの設定

デフォルトからの変更点のみを記述します。

RCC

I2C

Parameter

高速モードにします。

DMA Setting

NVIC setting

割り込みの設定です。DMAとinturrptを有効にします。(DMAは既に有効になっています)

u8g2ライブラリのインポート

AtmelStudioでu8glibを使用した開発環境を作るを参考にして、cscr以下にあるCファイルとHファイルを全てインポートします。

サンプルプログラム

こちらのサンプルそのままです

main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2019 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  * License. You may obtain a copy of the License at:
  *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  *
  ******************************************************************************
  */

// 参考  https://github.com/w1ne/u8g2-ssd1306-CubeMX/tree/master/Src

/* USER CODE END Header */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
# include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
# include "u8g2.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
DMA_HandleTypeDef hdma_i2c1_rx;
DMA_HandleTypeDef hdma_i2c1_tx;

/* USER CODE BEGIN PV */
u8x8_t u8x8;                    // u8x8 object
u8g2_t u8g2;
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
# define I2C_ADDRESS 0x3C
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
uint8_t u8x8_byte_stm32hal_hw_i2c(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
	static uint8_t buffer[32];		/* u8g2/u8x8 will never send more than 32 bytes between START_TRANSFER and END_TRANSFER */
	static uint8_t buf_idx;
	uint8_t *data;


  switch(msg)
  {
    case U8X8_MSG_BYTE_SEND:
    {
        data = (uint8_t *)arg_ptr;
        while( arg_int > 0 )
        {
			buffer[buf_idx++] = *data;
			data++;
			arg_int--;
        }
    }
    	break;
    case U8X8_MSG_BYTE_INIT:
    	break;
    case U8X8_MSG_BYTE_SET_DC:
    	break;
    case U8X8_MSG_BYTE_START_TRANSFER:
		{
			buf_idx = 0;
		}
		break;
    case U8X8_MSG_BYTE_END_TRANSFER:
	{
		uint8_t iaddress = I2C_ADDRESS;
		HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, (uint16_t)iaddress<<1, &buffer[0], buf_idx);
		//HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (uint16_t)iaddress<<1, &buffer[0], buf_idx, 20u);
		//TODO Investigate why delay is needed here.
		//Seems like DMA feeding bytes too fast.
		volatile uint32_t i;
		for (i = 1; i <= 500; i++);
	}
    	break;
    default:
      return 0;
  }
  return 1;
}

uint8_t psoc_gpio_and_delay_cb(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
  switch(msg)
  {
    case U8X8_MSG_GPIO_AND_DELAY_INIT:
      /* only support for software I2C*/

      break;
    case U8X8_MSG_DELAY_NANO:
      /* not required for SW I2C */
    {
		volatile uint32_t i;
		for (i = 1; i <= arg_int*10; i++);
    }
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_10MICRO:
      /* not used at the moment */
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_100NANO:
      /* not used at the moment */
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_MILLI:
      HAL_Delay(arg_int);
      break;
    case U8X8_MSG_DELAY_I2C:
      /* arg_int is 1 or 4: 100KHz (5us) or 400KHz (1.25us) */
      //delay_micro_seconds(arg_int<=2?5:1);
      break;

    case U8X8_MSG_GPIO_I2C_CLOCK:

      break;
/*
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_SELECT:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_SELECT_PORT, KEY_SELECT_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_NEXT:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_NEXT_PORT, KEY_NEXT_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_PREV:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_PREV_PORT, KEY_PREV_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_HOME:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_HOME_PORT, KEY_HOME_PIN));
      break;
*/
    default:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, 1);
      break;
  }
  return 1;
}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_I2C1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  u8g2_Setup_ssd1306_i2c_128x64_noname_f(&u8g2,
		  U8G2_R0,
		  u8x8_byte_stm32hal_hw_i2c,
		  psoc_gpio_and_delay_cb);
  u8g2_SetI2CAddress(&u8g2, I2C_ADDRESS*2);
  u8g2_InitDisplay(&u8g2);
  u8g2_SetPowerSave(&u8g2, 0);
  u8g2_ClearDisplay(&u8g2);

  u8g2_SetDrawColor(&u8g2, 1);
  u8g2_SetFontDirection(&u8g2, 0);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		u8g2_ClearBuffer(&u8g2);

		u8g2_SetFontMode(&u8g2, 1);	// Transparent
		u8g2_SetFontDirection(&u8g2, 0);
		u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_inb24_mf);
		u8g2_DrawStr(&u8g2, 0, 30, "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");

		u8g2_SendBuffer(&u8g2);

		HAL_Delay(2000);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief I2C1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_I2C1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 1 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 1 */
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 2 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 2 */

}

/** 
  * Enable DMA controller clock
  */
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

  /* DMA interrupt init */
  /* DMA1_Channel6_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel6_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel6_IRQn);
  /* DMA1_Channel7_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel7_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel7_IRQn);

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

# ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{ 
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
# endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

上記ソースコードでもっとも重要な部分が以下のハンドラ部分です。

OLEDの種類毎にこちらを書き換える必要がありますので、他のOLEDには使用できないかもしれません。
なお、u8g2のライブラニには(u8gでも)このノーブランドのOLEDのハンドラは含まれていませんでした。

ハンドラ

uint8_t u8x8_byte_stm32hal_hw_i2c(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
    static uint8_t buffer[32];      /* u8g2/u8x8 will never send more than 32 bytes between START_TRANSFER and END_TRANSFER */
    static uint8_t buf_idx;
    uint8_t *data;


  switch(msg)
  {
    case U8X8_MSG_BYTE_SEND:
    {
        data = (uint8_t *)arg_ptr;
        while( arg_int > 0 )
        {
            buffer[buf_idx++] = *data;
            data++;
            arg_int--;
        }
    }
        break;
    case U8X8_MSG_BYTE_INIT:
        break;
    case U8X8_MSG_BYTE_SET_DC:
        break;
    case U8X8_MSG_BYTE_START_TRANSFER:
        {
            buf_idx = 0;
        }
        break;
    case U8X8_MSG_BYTE_END_TRANSFER:
    {
        uint8_t iaddress = I2C_ADDRESS;
        HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, (uint16_t)iaddress<<1, &buffer[0], buf_idx);
        //HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (uint16_t)iaddress<<1, &buffer[0], buf_idx, 20u);
        //TODO Investigate why delay is needed here.
        //Seems like DMA feeding bytes too fast.
        volatile uint32_t i;
        for (i = 1; i <= 500; i++);
    }
        break;
    default:
      return 0;
  }
  return 1;
}

uint8_t psoc_gpio_and_delay_cb(u8x8_t *u8x8, uint8_t msg, uint8_t arg_int, void *arg_ptr)
{
  switch(msg)
  {
    case U8X8_MSG_GPIO_AND_DELAY_INIT:
      /* only support for software I2C*/

      break;
    case U8X8_MSG_DELAY_NANO:
      /* not required for SW I2C */
    {
        volatile uint32_t i;
        for (i = 1; i <= arg_int*10; i++);
    }
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_10MICRO:
      /* not used at the moment */
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_100NANO:
      /* not used at the moment */
      break;

    case U8X8_MSG_DELAY_MILLI:
      HAL_Delay(arg_int);
      break;
    case U8X8_MSG_DELAY_I2C:
      /* arg_int is 1 or 4: 100KHz (5us) or 400KHz (1.25us) */
      //delay_micro_seconds(arg_int<=2?5:1);
      break;

    case U8X8_MSG_GPIO_I2C_CLOCK:

      break;
/*
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_SELECT:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_SELECT_PORT, KEY_SELECT_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_NEXT:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_NEXT_PORT, KEY_NEXT_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_PREV:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_PREV_PORT, KEY_PREV_PIN));
      break;
    case U8X8_MSG_GPIO_MENU_HOME:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, Chip_GPIO_GetPinState(LPC_GPIO, KEY_HOME_PORT, KEY_HOME_PIN));
      break;
*/
    default:
      u8x8_SetGPIOResult(u8x8, 1);
      break;
  }
  return 1;
}

ビルドして書き込み

書き込み方法はこちらを参照してください。

実行

これでSTM32F103C8T6でノーブランドのOLEDが使用できるようになりました。

動作しない場合

MPUの動作周波数が高いと動作しなくなります。その際はハンドラのU8X8_MSG_BYTE_END_TRANSFERにある下記ウェイトを長くしてください。

wait

/*
 * wait
 * 8Mhz : 500
 * 32Mhz: 2000
 * 72Mhz: 3000
 */
for (i = 1; i <= 500; i++);

おわりに

STMでu8gライブラリを使用する場合はハンドラの記述がちょっと迷うので記事にまとめておきました。
次は2枚のOLEDを接続してオーディオ信号をいろいろ表示させてみたいと思います。

右、左のFFTをそれぞれに表示
一枚にLRのFFT, もう一枚にバーVUメータ
針VUをそれぞれに

楽しみです。

Special thanks!

u8g2ライブラリ: https://github.com/olikraus
u8g2 SSD1306サンプルコード: https://github.com/w1ne/u8g2-ssd1306-CubeMX
OLEDのアドレス変更: https://forum.arduino.cc/index.php?topic=248663.0

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