给linux移植fbtft驱动st7735s小屏幕（f1c100s）

Posted on by hackdl

内核版本5.4
在使用spi总线接上了一个小网卡，实现了我们开发板对网络的访问之后，我还想接一个小的spi屏幕 1.44寸款，来画一只小企鹅，顺便显示一些系统的调试信息。但是由于我这个开发板向外暴露出来的spi接口就两个，而且有一个已经因为串口的设置而不能使用。所以我们只能让这个小屏幕和enc28j60共用一个spi外设。

内核配置

直接make menuconfig，进入Device Drivers，打开SPI，打开ST7735R的驱动。保存，再make -j16.

接线与修改设备树

我打算让enc28j60使用spi自己的cs作为片选线，然后另外找一个GPIO作为spi屏幕的片选。
那这样的话又得改设备树。我们这个spi屏幕的驱动器芯片是"st7735s"。但是linux有st7735r，这俩
是兼容的，可以直接用。

/ {
	model = "Lichee Pi Nano";
	compatible = "licheepi,licheepi-nano", "allwinner,suniv-f1c100s";

	aliases {
		serial1 = &uart1;
	};

	chosen {
		stdout-path = "serial1:115200n8";
		/delete-node/ framebuffer@0;
	};
	
	reg_vcc3v3: vcc3v3 {
			compatible = "regulator-fixed";
			regulator-name = "vcc3v3";
			regulator-min-microvolt = ;
			regulator-max-microvolt = ;
	};

	backlight: backlight {
		compatible = "gpio-backlight";
		gpios = ;
		default-on;
	};
};

&spi1{
	status = "okay";
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = ;
	cs-gpios = ,;
	enc28j60: ethernet@0 {
		compatible = "microchip,enc28j60";
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = ;
		reg = ;
		interrupt-parent = ;
		interrupts = ;
		spi-max-frequency = ;
	};
	display@1{
		compatible = "okaya,rh128128t", "sitronix,st7735r";
		reg = ;
		status = "okay";
		spi-max-frequency = ;
		spi-cpol;
		spi-cpha;
		bgr;
		rotate = ;
		fps = ;
		buswidth = ;
		dc-gpios = ;
		reset-gpios = ;
		backlight = ;
	};
};

我们在spi节点下增加了一个display设备，进入linux主线的设备的DTC绑定信息都是在内核源码中可以找得到的。例如我们要找"sitronix,st7735r"的设备树绑定信息，我们直接打开内核根目录，一搜，就可以在Documentation/devicetree/bindings/display/sitronix,st7735r.yaml找到我们要的信息。

这个yaml给的是最新的drm驱动匹配方式，不过我们目前还是使用比较简单，资料比较多的framebuffer TFT驱动比较好。下一次可以尝试用这个drm驱动。

我们这个spi屏幕由于和enc28j60共用一个spi，所以我们需要指定其片选。我们可以在spi节点下直接设置cs-gpios = ,。这是什么意思呢？第一个代表了对于第一个spi设备，我们使用spi默认的片选引脚。第二个，代表的是我们指定第二个spi设备的片选引脚为PE5，并且低电平有效。GPIO_ACTIVE_LOW的意思是低电平有效，这样做可以在内核中配置不同设备的正负逻辑。

引脚正负逻辑与代码分析

fbtft设备在申请GPIO时，其实用的是gpio子系统的api。这些api用来用去最后是调用了

struct gpio_desc *of_find_gpio(struct device_node *np, const char *con_id,
			       unsigned int idx, unsigned long *flags)

它调用了

desc = of_get_named_gpiod_flags(np, prop_name, idx, &of_flags);
*flags = of_convert_gpio_flags(of_flags);

来获取设备树下gpio属性的flag。在设置gpio的输出值时，即调用gpiod_set_value时，会调用

static void gpiod_set_value_nocheck(struct gpio_desc *desc, int value)
{
	if (test_bit(FLAG_ACTIVE_LOW, &desc->flags))
		value = !value;
	if (test_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, &desc->flags))
		gpio_set_open_drain_value_commit(desc, value);
	else if (test_bit(FLAG_OPEN_SOURCE, &desc->flags))
		gpio_set_open_source_value_commit(desc, value);
	else
		gpiod_set_raw_value_commit(desc, value);
}

所以我们在设备树中配置引脚的正负逻辑，会在这里被处理。如果是正逻辑，直接输出，如果是负逻辑，则需要取反。

配置引脚正负逻辑

为了知道我们到底应该在哪些引脚配置我们的正负逻辑，我们应该直接看源代码，因为压根就没有文档说这些。

static void fbtft_reset(struct fbtft_par *par)
{
	if (!par->gpio.reset)
		return;

	fbtft_par_dbg(DEBUG_RESET, par, "%s()n", __func__);

	gpiod_set_value_cansleep(par->gpio.reset, 1);
	usleep_range(20, 40);
	gpiod_set_value_cansleep(par->gpio.reset, 0);
	msleep(120);

	gpiod_set_value_cansleep(par->gpio.cs, 1);  /* Activate chip */
}

RESET引脚在低电平的时候将会导致屏幕复位，Chip-Select在低电平时将会使能设备。所以这两个引脚都是负逻辑。我们应当在他们设备树的GPIO后边加一个GPIO_ACTIVE_LOW。

上电测试

我上电后，屏幕一直白屏，调试了很久，代码改来改去，TF卡不知道插拔了多少次，也找不到原因。

最后插上逻辑分析仪，逻辑分析仪真的是电子工程师的眼睛，以前屏幕从来就没调通过，这次插了逻辑分析仪，能够分析逻辑后，调试就变得很容易了。一直看波形，发现RESET引脚一直被拉低。才发现原来linux的gpio子系统有这么一套正负逻辑的区别。

配置好之后，屏幕时好时坏。有多时好时坏呢，一插上逻辑分析仪，屏幕就成功初始化。一拔掉逻辑分析仪，这个屏幕又白屏了。最后一联想，就想到逻辑分析仪不是自带上拉吗？是不是因为我的RESET，CS，MOSI，CLK这些引脚都没有上拉？找了两个上拉电阻，一试，屏幕跑起来了！小企鹅出现了！

背光驱动的修改

其实我一开始把PE4的一个引脚设置为背光引脚（这样做似乎不太对，应该用mosfet或者三极管来驱动这个tft，因为电流大了会把f1c100s的引脚给烧了）。但是这个屏幕不知道为什么，就是不亮，亮都不亮一下。于是我就把这根线拔了，直接把TFT的LED引脚连了3V3。但是我觉得这样不够优雅，一定要让linux自己能够设置这个背光。

backlight: backlight {
    compatible = "gpio-backlight";
    gpios = ;
    default-on;
};

这个backlight会注册一个class，位置在/sys/class/backlight/backlight，这个目录下有一个文件叫brightness，即亮度，可以通过echo 1 > brightness，打开我们的背光。

这里我们把gpio配置为正逻辑，这样1就对应着打开背光，符合人类的操作逻辑。

但是为什么，这个背光不工作呢？设置成1或者0，在调试后，发现

static int gpio_backlight_update_status(struct backlight_device *bl)
{
	struct gpio_backlight *gbl = bl_get_data(bl);
	int brightness = bl->props.brightness;

	if (bl->props.power != FB_BLANK_UNBLANK ||
	    bl->props.fb_blank != FB_BLANK_UNBLANK ||
	    bl->props.state & (BL_CORE_SUSPENDED | BL_CORE_FBBLANK))
		brightness = 0;

	gpiod_set_value_cansleep(gbl->gpiod, brightness);

	return 0;
}

是它判断这些power fb_blakn state的时候，直接把brightness设置成0了。我们直接去掉这几行代码。但是它调用gpiod_set_value_cansleep(gbl->gpiod, brightness);，我们的gpio也没有输出。

最后看了几遍代码，发现原来是它没有配置好gpio为输出。

static int gpio_backlight_probe_dt(struct platform_device *pdev,
				   struct gpio_backlight *gbl)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	int ret;

	gbl->def_value = device_property_read_bool(dev, "default-on");

	gbl->gpiod = devm_gpiod_get(dev, NULL, GPIOD_ASIS);
	if (IS_ERR(gbl->gpiod)) {
		ret = PTR_ERR(gbl->gpiod);

		if (ret != -EPROBE_DEFER) {
			dev_err(dev,
				"Error: The gpios parameter is missing or invalid.n");
		}
		return ret;
	}

	return 0;
}

问题就在gbl->gpiod = devm_gpiod_get(dev, NULL, GPIOD_ASIS);的这个GPIOD_ASIS。

/**
 * enum gpiod_flags - Optional flags that can be passed to one of gpiod_* to
 *                    configure direction and output value. These values
 *                    cannot be OR'd.
 *
 * @GPIOD_ASIS:			Don't change anything
 * @GPIOD_IN:			Set lines to input mode
 * @GPIOD_OUT_LOW:		Set lines to output and drive them low
 * @GPIOD_OUT_HIGH:		Set lines to output and drive them high
 * @GPIOD_OUT_LOW_OPEN_DRAIN:	Set lines to open-drain output and drive them low
 * @GPIOD_OUT_HIGH_OPEN_DRAIN:	Set lines to open-drain output and drive them high
 */
enum gpiod_flags {
	GPIOD_ASIS	= 0,
	GPIOD_IN	= GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET,
	GPIOD_OUT_LOW	= GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET | GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_OUT,
	GPIOD_OUT_HIGH	= GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET | GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_OUT |
			  GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_VAL,
	GPIOD_OUT_LOW_OPEN_DRAIN = GPIOD_OUT_LOW | GPIOD_FLAGS_BIT_OPEN_DRAIN,
	GPIOD_OUT_HIGH_OPEN_DRAIN = GPIOD_OUT_HIGH | GPIOD_FLAGS_BIT_OPEN_DRAIN,
};

我们改成GPIOD_OUT_LOW，即成功解决问题。当然，最新的驱动已经修复了这些问题。

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