TP3 : Pilotage d'un écran LCD en mode utilisateur et par un driver

Objectifs:

• Configuration des GPIOs pour le pilotage d'un périphérique
• Fonctionnement d'un écran LCD et fonctions de base
• Affichage du monitoring système
• Ecriture d'un driver d'affichage

Pré-requis (Raspberry Pi):

• Outils de compilation croisée
• Configuration et utilisation des GPIO

Ressources:

• newhaven display est le fabriquant du module LCD, c'est donc, en principe la référence.
  • Dans ce document (​ Datasheet du LCD du module), il est dit que le contrôleur du LCD est le ST7066U, mais, sauf preuve du contraire, la séquence d'initialisation du LCD décrite dans la documentation du ​ ST7006U ne fonctionne pas...
• HD44780 est le contrôleur historique de la majorité des LCD de ce genre. La procédure d'initialisation fonctionne.
  • ​ LCD Display HD44780 ​ Datasheet du HD44780
• Le document suivant définit comment est adressé la mémoire "vidéo" du LCD.
  • ​ Adressage de la mémoire interne de l'afficheur

Prenez le temps de parcourir les documents sur les afficheurs avant de commencer le TP.

Le code à modifier se trouve en pièces jointes de cette page lcd_user.c​ et Makefile​. Vous pourrez les copier dans un répertoire TP3/lcd_user/

1. Configuration des GPIO pour le pilotage de l'écran

L'écran LCD de type HD44780 dispose de plusieurs signaux de contrôle et de données. Les signaux de contrôle sont au nombre de 3: RS, RW et E. Les signaux de données sont au nombre de 4 ou 8 suivant le mode.

Dans ce TP, nous utiliserons l'écran en mode 4-bit car la carte Raspberry Pi dispose d'un nombre limité de GPIO. De plus, le signal RW sera connecté directement à 0V (donc toujours en écriture) car nous n'allons gérer que les opérations d'écriture (Note: les GPIO de la carte Raspberry Pi fonctionnent en 3.3V, ils ne supportent pas les niveaux de tension 5V émis par l'afficheur, demandez-moi cela n'est pas clair).

Les signaux de contrôle RS et E sont utilisés de la manière suivante:

• RS vaut 1 pour l'envoi d'une donnée (e.g. un caractère) et vaut 0 pour l'envoi d'une commande (instruction).
• E est un signal de validation; la valeur sur le bus de données (4 bits) est pris en compte à chaque front descendant de ce signal.

Voici le mapping des GPIO pour les différents signaux:

Signal LCD	GPIO
RS	7
E	27
D4, D5, D6, D7	22, 23, 24, 25

Pour le contrôle des GPIO, vous utiliserez ce que vous avez vu lors du précédent TP.

Pour contrôler l'afficheur nous devons répondre aux questions ci-après. Les réponses à ces questions se trouve dans la documentation de l'afficheur. Les réponses sont partiellement données dans les morceaux de codes mais vous devez quand même comprendre ce que vous faites.

• Comment faut-il configurer les GPIOs pour les différents signaux de l'afficheur LCD ?
• Comment écrire des valeurs vers le LCD ?
• Quelles valeurs doivent être envoyées vers l'afficheur pour réaliser l'initialisation ?
• Comment demander l'affichage d'un caractère ?
• Comment envoyer des commandes telles que : l'effacement de l'écran, le déplacement du curseur, etc. ?

Page 11 de la documentation : ​ Datasheet du LCD de la plateforme

• P1 est un registre dont l'état est recopié sur les broches D0 à D7 (bit7 de P1 sur D7, bit6 sur D6, etc. jusqu'à D4).
• D_I est un registre dont l'état est recopié sur RS qui indique si on envoie un caractère (D) ou une instruction (I).
• R_W est un registre dont l'état est recopié sur RW
• Delay() est une attente en microsecondes.

4-bit Initialization: 
/**********************************************************/ 
void command(char i) 
{ 
  P1 = i;                       //put data on output Port 
  D_I =0;                       //D/I=LOW : send instruction 
  R_W =0;                       //R/W=LOW : Write       
  Nybble();                     //Send lower 4 bits 
  i = i<<4;                     //Shift over by 4 bits 
  P1 = i;                       //put data on output Port 
  Nybble();                     //Send upper 4 bits 
} 
/**********************************************************/ 
void write(char i) 
{ 
  P1 = i;                       //put data on output Port 
  D_I =1;                       //D/I=HIGH : send data 
  R_W =0;                       //R/W=LOW : Write    
  Nybble();                     //Clock lower 4 bits 
  i = i<<4;                     //Shift over by 4 bits 
  P1 = i;                       //put data on output Port 
  Nybble();                     //Clock upper 4 bits 
} 
/**********************************************************/ 
void Nybble() 
{ 
  E = 1; 
  Delay(1);                     //enable pulse width  >= 300ns 
  E = 0;                        //Clock enable: falling edge 
} 
/**********************************************************/ 
void init() 
{ 
  P1 = 0; 
  P3 = 0; 
  Delay(100);                   //Wait >40 msec after power is applied 
  P1 = 0x30;                    //put 0x30 on the output port 
  Delay(30);                    //must wait 5ms, busy flag not available 
  Nybble();                     //command 0x30 = Wake up  
  Delay(10);                    //must wait 160us, busy flag not available 
  Nybble();                     //command 0x30 = Wake up #2 
  Delay(10);                    //must wait 160us, busy flag not available 
  Nybble();                     //command 0x30 = Wake up #3 
  Delay(10);                    //can check busy flag now instead of delay 
  P1= 0x20;                     //put 0x20 on the output port 
  Nybble();                     //Function set: 4-bit interface 
  command(0x28);                //Function set: 4-bit/2-line 
  command(0x10);                //Set cursor 
  command(0x0F);                //Display ON; Blinking cursor 
  command(0x06);                //Entry Mode set 
} 
/**********************************************************/ 

2. Fonctionnement de l'écran et fonctions de base

Comme cela a été présenté en cours la prise en compte de la donnée est réalisée lors d'un front descendant du signal E. Pour créer un front descendant:

• on place la donnée,
• puis le signal E est mis à 1 pendant 1µs puis remis à 0 pendant une 1µs supplémentaire pour garantir le délai entre deux commandes.

Question: Compléter la fonction lcd_strobe (nommée nybble dans le cours) qui permet de générer le signal E.

Nous utilisons l'afficheur LCD en mode 4 bits. Or, les commandes et les données sont transmises sur 8 bits ou 1 octet. Ainsi, toutes les commandes et toutes les données sont transmises en deux étapes: les 4 bits de poids fort et ensuite les 4 bits de poids faible.

Question: Compléter la fonction lcd_write4bits en vous aidant du cours.

Nous avons toutes les fonctions dont nous avons besoin. Maintenant regardons d'un peu plus près la phase d'initialisation de l'afficheur LCD. Au démarrage, l'afficheur est dans un mode non défini (8 bits ou 4 bits). Il faut donc le forcer en mode 4 bits.

Question: Compléter la fonction lcd_init qui réalise la séquence d'initialisation telle que vue en cours. Vérifiez son fonctionnement sur une carte Raspberry Pi. Vous devez être en mode 4 bits, 2 lignes, matrix5x8 ; allumer l'écran sans curseur ; demander d'écrire de gauche à droite sans déplacement des caractères.

Vous êtes prêt à tester votre code et vérifier qu'il affiche correctement une chaine de caractère.

Question: Ecrivez un programme qui affiche la chaine de caractère "Hello World" sur l'afficheur. Vérifiez son fonctionnement sur une carte Raspberry Pi.

Il peut être utile de manipuler la position du curseur pour choisir où placer les caractères sur l'afficheur.

Pour cela, l'afficheur dispose de trois instructions: Cursor home, Display clear et Set DDRAM address. La dernière instruction est relative à la mémoire interne de l'afficheur (Display Data RAM).

La mémoire DDRAM est construite de la manière suivante:

0x00 ..... Ligne 1 ..... 0x13

0x40 ..... Ligne 2 ..... 0x53

0x14 ..... Ligne 3 ..... 0x27

0x54 ..... Ligne 4 ..... 0x67

On souhaites utiliser toutes les lignes

Question: 1. Ecrire une fonction lcd_set_cursor qui positionne le curseur aux coordonnées (x,y) avec x la colonne, y la ligne. 2. Ecrire un programme qui affiche "Hello World" sur chacune des lignes de l'afficheur.

3. Affichage du monitoring système

Maintenant que vous disposer de tous les éléments pour contrôler l'afficheur LCD. Nous allons monitorer le système grâce au fichier /proc/loadavg dont le contenu est décrit comme:

The first three fields in this file are load average figures giving the number of jobs in the run queue (state R) or
waiting for disk I/O (state D) averaged over  1,  5, and 15 minutes.  They are the same as the load average numbers
given by uptime(1) and other programs.  The fourth field consists of two numbers separated by a slash (/). The first
of these is the number of currently runnable kernel scheduling entities (processes, threads).  The value after the
slash is the  number  of  kernel  scheduling entities that currently exist on the system.  The fifth field is the PID
of the process that was most recently created on the system.

Question: 1. Ecrivez un programme qui lit le contenu du fichier /proc/loadavg et qui affiche son contenu sur l'afficheur avec une fréquence d'actualisation de 1 seconde 2. Parser le contenu du fichier /proc/loadavg pour afficher des valeurs plus facilement compréhensibles.

4. Driver basique pour le LCD

Reprenez le pilote que vous aviez écrit pour les leds et modifiez la commande write de telle sorte que si vous appelez votre device /dev/lcd, vous puissiez écrire.

$ echo "Bonjour" > /dev/lcd

Vous allez devoir remplacer usleep() par udelay() et ajouter un #include <asm/delay.h> au début du code de votre module (merci Arthur).