基于Zynq的OLED驅動設計

　　OLED具備自發光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術。目前OLED的驅動大部分都是基于STM系列 ARM芯片和傳統FPGA芯片。為適應Xilinx最新平臺Zynq的人機交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅動設計方法。文章闡述了OLED的特性和SPI控制方式，給出了設計流程和硬件電路圖。利用Zynq的PL部分完成了OLED驅動的IP核，利用Zynq的PS部分實現了OLED的驅動程序設計。通過AXI總線實現PL和PS的通信。最后通過測試程序，實現了字母、數字和點陣圖像的實時顯示。解決了基于Zynq器件在廣電儀器和電力儀表儀器中人機交互的工程技術，具有集成度高、可移植性強和通用性好等優點。

　　1 引言

　　隨著近幾年嵌入式技術的飛速發展和廣泛應用，人機交互成為嵌入式設備的迫切需要。為適應Xilinx最新平臺Zynq的人機交互需要，提出一種基于Zynq的OLED驅動設計方法。

　　有機發光二極管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)由于同時具備自發光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構造及制程較簡單等優異特性，被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術。

　　Xilinx最新平臺Zynq將處理器的軟件可編程能力與FPGA的硬件可編程能力實現完美結合，以低功耗和低成本等系統優勢實現良好的系統性能、靈活性和可擴展性。

　　目前OLED的驅動大部分都是基于STM系列ARM芯片和傳統FPGA芯片。在Zynq上，Xilinx提供了Linux演示實例，但無裸機源碼，無法滿足實時性比較強的工程實際需求。

　　文章詳細闡述了基于Zynq的OLED驅動設計步驟和方法，并且在基于Zynq的開發板ZedBoard上實現了實時顯示字母、數字和點陣圖像，為Zynq在儀器儀表領域實現人機交互提供了技術支撐。

　　2 OLED驅動設計流程

　　Zynq是一個ARMPS+PL結構，其中PL部分就是傳統意義的FPGA,可以方便地定制相關外設IP,也可以進行相關的算法設計，和使用普通FPGA完全一樣。如果不使用PL,Zynq的PS部分和普通的ARM開發一樣。Zynq最大的特點是可以利用PL部分靈活地定制外設，掛在PS上，而普通的ARM,外設是固定的。因此，Zynq的硬件外設是不固定的，這也是Zynq靈活性的一個表現。OLED在Zynq上是連接在PL上，因此需要把OLED對應引腳掛在PS的硬件上，然后設計OLED IP核，再通過SDK設計驅動程序，OLED驅動設計流程如圖1所示。

　　ZedBozrd控制OLED的主要方法是：自行設計一個IP核，對OLED的6個控制信號和電源信號進行邏輯設計和引腳約束，通過AXI總線，把OLED的IP核和PS聯系起來。在PS部分編寫相應的驅動程序，即可實現對OLED的控制，如圖2所示。

　　圖1 OLED驅動設計流程

　　圖2 OLED系統設計圖

　　因此，要實現OLED顯示功 能，主要做以下幾個方面工作：設計Zynq硬件系統(PS部分)、設計自己的IP核和PS部分驅動程序設計。

　　3 建立Zynq硬件系統和OLED IP核

　　Zynq的開發板ZedBoard上使用Inteltronic/Wisechip公司的OLED顯示模組UG-2832HSWEG04,分辨率為128×32,是一款單色被動式顯示屏，驅動電路采用所羅門科技的SSD1306芯片。具體電路如圖3所示。根據原理圖可知，ZedBoard開發板使用的OLED采用SPI方式控制，SPI模式使用的信號線和電源線有如下幾條：

　　RST(RES)：硬復位OLED;

　　DC:命令/數據標志(0,讀寫命令;1,讀寫數據);

　　SCLK:串行時鐘線;

　　SDIN:串行數據線;

　　VDD:邏輯電路電源;

　　VBAT:DC/DC轉換電路電源。

　　在SPI模式下，每個數據長度均為8位，在SCLK的上升沿，數據從SDIN移入到SSD1306,并且是高位在前的。

　　圖3 OLED原理圖

　　Zynq的硬件系統是指在PL中配置相關外設，掛載到PS中，作為PS部分的外設使用。OLED驅動主要用到6個IO口，在生成硬件系統時，只需要利用Xilinx的嵌入式工具XPS生成最小硬件系統，然后把OLED的相關引腳添加到最小硬件系統中。主要過程如下：

　　(1)根據芯片型號，根據XPS工具設計流程，生成Zynq的最小硬件系統。

　　(2)在最小硬件系統中，添加外設IPmy_oled，把OLED的SPI引腳添加到工程中。添加一個6位寄存器，每位和SPI引腳對應。

　　(3)my_oledIP核邏輯設計主要完成IP核引腳添加、端口映射和用戶邏輯功能。首先要對設計的IP核添加引腳，在系統生成的MPD文件中，添加OLED的相關引腳端口和方向信息。

　　在MPD文件中，在PORT下添加OLED的相關引腳和方向信息，具體代碼如下：

　　PORTDC=“ ”,DIR=O

　　PORTRES=“ ”,DIR=O

　　PORTSCLK=“ ”,DIR=O

　　PORTSDIN=“ ”,DIR=O

　　PORTVBAT=“ ”,DIR=O

　　PORTVDD=“ ”,DIR=O

　　(4)在系統生成的my_oled.vhd文件中，用VHDL語言進行端口設計，主要進行以下兩個設計。

　　聲明IP和用戶6個信號和電源的端口。代碼如下：

　　DC ∶outstd_logic;

　　RES ∶outstd_logic;

　　SCLK ∶outstd_logic;

　　SDIN ∶outstd_logic;

　　VBAT ∶outstd_logic;

　　VDD ∶outstd_logic;

　　將用戶端口和IP核端口進行映射，代碼如下：

　　DC =>DC,

　　RES =>RES,

　　SCLK =>SCLK,

　　SDIN =>SDIN,

　　VBAT =>VBAT,

　　VDD =>VDD,