一个清晰的LCD驱动编写思路（附代码分析）

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来源 | 屋脊雀

网络上配套STM32开发板有很多LCD例程，主要是TFT LCD跟OLED的。从这些例程，大家都能学会如何点亮一个LCD。但这代码都有下面这些问题：

• 分层不清晰，通俗讲就是模块化太差。
• 接口乱。只要接口不乱，分层就会好很多了。
• 可移植性差。
• 通用性差。

为什么这样说呢？如果你已经了解了LCD的操作，请思考如下情景：

1、代码空间不够，只能保留9341的驱动，其他LCD驱动全部删除。能一键（一个宏定义）删除吗？删除后要改多少地方才能编译通过？

2、有一个新产品，收银设备。系统有两个LCD，都是OLED，驱动IC相同，但是一个是128x64，另一个是128x32像素，一个叫做主显示，收银员用；一个叫顾显，顾客看金额。怎么办？这些例程代码要怎么改才能支持两个屏幕？全部代码复制粘贴然后改函数名称？这样确实能完成任务，只不过程序从此就进入恶性循环了。

3、一个OLED，原来接在这些IO，后来改到别的IO，容易改吗？

4、原来只是支持中文，现在要卖到南美，要支持多米尼加语言，好改吗？

LCD种类概述

在讨论怎么写LCD驱动之前，我们先大概了解一下嵌入式常用LCD。概述一些跟驱动架构设计有关的概念，在此不对原理和细节做深入讨论，会有专门文章介绍，或者参考网络文档。

TFT lcd

TFT LCD，也就是我们常说的彩屏。通常像素较高，例如常见的2.8寸，320X240像素。4.0寸的，像素800X400。这些屏通常使用并口，也就是8080或6800接口（STM32 的FSMC接口）；或者是RGB接口，STM32F429等芯片支持。其他例如手机上使用的有MIPI接口。

总之，接口种类很多。也有一些支持SPI接口的。除非是比较小的屏幕，否则不建议使用SPI接口，速度慢，刷屏闪屏。玩STM32常用的TFT lcd屏幕驱动IC通常有：ILI9341/ILI9325等。

tft lcd：

IPS：

COG lcd

很多人可能不知道COG LCD是什么，我觉得跟现在开发板销售方向有关系，大家都出大屏，玩酷炫界面，对于更深的技术，例如软件架构设计，都不涉及。使用单片机的产品，COG LCD其实占比非常大。COG是Chip On Glass的缩写，就是驱动芯片直接绑定在玻璃上，透明的。实物像下图：

这种LCD通常像素不高，常用的有128X64，128X32。一般只支持黑白显示，也有灰度屏。

接口通常是SPI，I2C。也有号称支持8位并口的，不过基本不会用，3根IO能解决的问题，没必要用8根吧？常用的驱动IC：STR7565。

OLED lcd

买过开发板的应该基本用过。新技术，大家都感觉高档，在手环等产品常用。OLED目前屏幕较小，大一点的都很贵。在控制上跟COG LCD类似，区别是两者的显示方式不一样。从我们程序角度来看，最大的差别就是，OLED LCD，不用控制背光。。。。。实物如下图：

常见的是SPI跟I2C接口。常见驱动IC：SSD1615。

硬件场景

接下来的讨论，都基于以下硬件信息：

1、有一个TFT屏幕，接在硬件的FSMC接口，什么型号屏幕？不知道。

2、有一个COG lcd，接在几根普通IO口上，驱动IC是STR7565，128X32像素。

3、有一个COG LCD，接在硬件SPI3跟几根IO口上，驱动IC是STR7565，128x64像素。

4、有一个OLED LCD，接在SPI3上，使用CS2控制片选，驱动IC是SSD1315。

预备知识

在进入讨论之前，我们先大概说一下下面几个概念，对于这些概念，如果你想深入了解，请GOOGLE。

面向对象

面向对象，是编程界的一个概念。什么叫面向对象呢？编程有两种要素：程序（方法），数据（属性）。例如：一个LED，我们可以点亮或者熄灭它，这叫方法。LED什么状态？亮还是灭？这就是属性。我们通常这样编程：

u8 ledsta = 0;
void ledset(u8 sta)
{
}
这样的编程有一个问题，假如我们有10个这样的LED，怎么写？这时我们可以引入面向对象编程，将每一个LED封装为一个对象。可以这样做：

/*
定义一个结构体，将LED这个对象的属性跟方法封装。
这个结构体就是一个对象。
但是这个不是一个真实的存在，而是一个对象的抽象。
*/
typedef struct{
    u8 sta;
    void (*setsta)(u8 sta);
}LedObj;

/*  声明一个LED对象，名称叫做LED1，并且实现它的方法drv_led1_setsta*/
void drv_led1_setsta(u8 sta)
{
}

LedObj LED1={
        .sta = 0,
        .setsta = drv_led1_setsta,
    };

/*  声明一个LED对象，名称叫做LED2，并且实现它的方法drv_led2_setsta*/
void drv_led2_setsta(u8 sta)
{
}

LedObj LED2={
        .sta = 0,
        .setsta = drv_led2_setsta,
    };
    
/*  操作LED的函数，参数指定哪个led*/
void ledset(LedObj *led, u8 sta)
{
    led->setsta(sta);
}
是的，在C语言中，实现面向对象的手段就是结构体的使用。上面的代码，对于API来说，就很友好了。操作所有LED，使用同一个接口，只需告诉接口哪个LED。大家想想，前面说的LCD硬件场景。4个LCD，如果不面向对象，「显示汉字的接口是不是要实现4个」？每个屏幕一个？

驱动与设备分离

如果要深入了解驱动与设备分离，请看LINUX驱动的书籍。

什么是设备？我认为的设备就是「属性」，就是「参数」，就是「驱动程序要用到的数据和硬件接口信息」。那么驱动就是「控制这些数据和接口的代码过程」。

通常来说，如果LCD的驱动IC相同，就用相同的驱动。有些不同的IC也可以用相同的，例如SSD1315跟STR7565，除了初始化，其他都可以用相同的驱动。例如一个COG lcd:

❝驱动IC是STR7565 128 * 64 像素用SPI3背光用PF5 ,命令线用PF4 ,复位脚用PF3

❞

上面所有的信息综合，就是一个设备。驱动就是STR7565的驱动代码。

为什么要驱动跟设备分离，因为要解决下面问题：

❝有一个新产品，收银设备。系统有两个LCD，都是OLED，驱动IC相同，但是一个是128x64，另一个是128x32像素，一个叫做主显示，收银员用；一个叫顾显，顾客看金额。

❞

这个问题，「两个设备用同一套程序控制」才是最好的解决办法。驱动与设备分离的手段：

❝在驱动程序接口函数的参数中增加设备参数，驱动用到的所有资源从设备参数传入。

❞

驱动如何跟设备绑定呢？通过设备的驱动IC型号。

模块化

我认为模块化就是将一段程序封装，提供稳定的接口给不同的驱动使用。不模块化就是，在不同的驱动中都实现这段程序。例如字库处理，在显示汉字的时候，我们要找点阵，在打印机打印汉字的时候，我们也要找点阵，你觉得程序要怎么写？把点阵处理做成一个模块，就是模块化。非模块化的典型特征就是「一根线串到底，没有任何层次感」。

LCD到底是什么

前面我们说了面向对象，现在要对LCD进行抽象，得出一个对象，就需要知道LCD到底是什么。问自己下面几个问题：

• LCD能做什么？
• 要LCD做什么？
• 谁想要LCD做什么？

刚刚接触嵌入式的朋友可能不是很了解，可能会想不通。我们模拟一下LCD的功能操作数据流。APP想要在LCD上显示 一个汉字。

1、首先，需要一个显示汉字的接口，APP调用这个接口就可以显示汉字，假设接口叫做lcd_display_hz。

2、汉字从哪来？从点阵字库来，所以在lcd_display_hz函数内就要调用一个叫做find_font的函数获取点阵。

3、获取点阵后要将点阵显示到LCD上，那么我们调用一个ILL9341_dis的接口，将点阵刷新到驱动IC型号为ILI9341的LCD上。

4、ILI9341_dis怎么将点阵显示上去？调用一个8080_WRITE的接口。

好的，这个就是大概过程，我们从这个过程去抽象LCD功能接口。汉字跟LCD对象有关吗？无关。在LCD眼里，无论汉字还是图片，都是一个个点。那么前面问题的答案就是：

• LCD可以一个点一个点显示内容。
• 要LCD显示汉字或图片-----就是显示一堆点
• APP想要LCD显示图片或文字。

结论就是：所有LCD对象的功能就是显示点。「那么驱动只要提供显示点的接口就可以了，显示一个点，显示一片点。」 抽象接口如下：

/*
    LCD驱动定义
*/
typedef struct  
{
    u16 id;

    s32 (*init)(DevLcd *lcd);
    s32 (*draw_point)(DevLcd *lcd, u16 x, u16 y, u16 color);
    s32 (*color_fill)(DevLcd *lcd, u16 sx,u16 ex,u16 sy,u16 ey, u16 color);
    s32 (*fill)(DevLcd *lcd, u16 sx,u16 ex,u16 sy,u16 ey,u16 *color);
    s32 (*onoff)(DevLcd *lcd, u8 sta);
    s32 (*prepare_display)(DevLcd *lcd, u16 sx, u16 ex, u16 sy, u16 ey);
    void (*set_dir)(DevLcd *lcd, u8 scan_dir);
    void (*backlight)(DevLcd *lcd, u8 sta);
}_lcd_drv;
上面的接口，也就是对应的驱动，包含了一个驱动id号。

• id，驱动型号
• 初始化
• 画点
• 将一片区域的点显示某种颜色
• 将一片区域的点显示某些颜色
• 显示开关
• 准备刷新区域（主要彩屏直接DMA刷屏使用）
• 设置扫描方向
• 背光控制

显示字符，划线等功能，不属于LCD驱动。应该归类到GUI层。

LCD驱动框架

我们设计了如下的驱动框架：

设计思路：

1、中间显示驱动IC驱动程序提供统一接口，接口形式如前面说的_lcd_drv结构体。

2、各显示IC驱动根据设备参数，调用不同的接口驱动。例如TFT就用8080驱动，其他的都用SPI驱动。SPI驱动只有一份，用IO口控制的我们也做成模拟SPI。

3、LCD驱动层做LCD管理，例如完成TFT LCD的识别。并且将所有LCD接口封装为一套接口。

4、简易GUI层封装了一些显示函数，例如划线、字符显示。

5、字体点阵模块提供点阵获取与处理接口。

由于实际没那么复杂，在例程中我们将GUI跟LCD驱动层放到一起。TFT LCD的两个驱动也放到一个文件，但是逻辑是分开的。OLED除初始化，其他接口跟COG LCD基本一样，因此这两个驱动也放在一个文件。

代码分析

代码分三层：

1、GUI和LCD驱动层 dev_lcd.c dev_lcd.h

2、显示驱动IC层 dev_str7565.c