Go 語言在極小硬體上的運用（三）
在本系列的 第一 和 第二 部分中討論的大多數示例都是以某種方式閃爍的 LED。起初它可能很有趣，但是一段時間後變得有些無聊。讓我們做些更有趣的事情……
…讓我們點亮更多的 LED！
WS281x LED
WS281x RGB LED（及其克隆品）非常受歡迎。你可以以單個元素購買、鏈成長條或組裝成矩陣、環或其他形狀。
它們可以串聯連接，基於這個事實，你可以只用 MCU 的單個引腳就可以控制一個很長的 LED 燈條。不幸的是，它們的內部控制器使用的物理協議不能直接適用於你在 MCU 中可以找到的任何外圍設備。你必須使用 位脈衝 或以特殊方式使用可用的外設。
哪種可用的解決方案最有效取決於同時控制的 LED 燈條數量。如果你必須驅動 4 到 16 個燈條，那麼最有效的方法是 使用定時器和 DMA（請不要忽略這篇文章末尾的鏈接）。
如果只需要控制一個或兩個燈條，請使用可用的 SPI 或 UART 外設。對於 SPI，你只能在發送的一個位元組中編碼兩個 WS281x 位。由於巧妙地使用了起始位和停止位，UART 允許更密集的編碼：每發送一個位元組 3 位。
我在 此站點 上找到了有關 UART 協議如何適用於 WS281x 協議的最佳解釋。如果你不懂波蘭語，這裡是 英文翻譯。
基於 WS281x 的 LED 仍然是最受歡迎的，但市場上也有 SPI 控制的 LED：APA102、SK9822。關於它們的三篇有趣的文章在這裡：1、2、3。
LED 環
市場上有許多基於 WS2812 的環。我有一個這樣的：
它具有 24 個可單獨定址的 RGB LED（WS2812B），並暴露出四個端子：GND、5V、DI 和 DO。通過將 DI（數據輸入）端子連接到上一個的 DO（數據輸出）端子，可以鏈接更多的環或其他基於 WS2812 的東西。
讓我們將這個環連接到我們的 STM32F030 板上。我們將使用基於 UART 的驅動程序，因此 DI 應連接到 UART 接頭連接器上的 TXD 引腳。 WS2812B LED 需要至少 3.5V 的電源。 24 個 LED 會消耗大量電流，因此在編程/調試期間，最好將環上的 GND 和 5V 端子直接連接到 ST-LINK 編程器上可用的 GND 和 5V 引腳：
我們的 STM32F030F4P6 MCU 和整個 STM32 F0、F3、F7、L4 系列具有 F1、F4、L1 MCU 不具備的一項重要功能：它可以反轉 UART 信號，因此我們可以將環直接連接到 UART TXD 引腳。如果你不知道我們需要這種反轉，那麼你可能沒有讀過我上面提到的 文章。
因此，你不能以這種方式使用流行的 Blue Pill 或 STM32F4-DISCOVERY。使用其 SPI 外設或外部反相器。有關使用 SPI 的 NUCLEO-F411RE，請參見 聖誕樹燈 項目作為 UART + 逆變器的示例或 WS2812示例。
順便說一下，大多數 DISCOVERY 板可能還有一個問題：它們在 VDD = 3V 而不是 3.3V 的情況下工作。 對於高 DI，WS281x 至少要求電源電壓 * 0.7。如果是 5V 電源，則為 3.5V；如果是 4.7V 電源，則為 3.3V；可在 DISCOVERY 的 5V 引腳上找到。如你所見，即使在我們的情況下，第一個 LED 的工作電壓也低於規格 0.2V。對於 DISCOVERY 板，如果供電 4.7V，它將工作在低於規格的 0.3V 下；如果供電 5V，它將工作在低於規格 0.5V 下。
讓我們結束這段冗長的介紹並轉到代碼：
package main
import (
"delay"
"math/rand"
"rtos"
"led"
"led/ws281x/wsuart"
"stm32/hal/dma"
"stm32/hal/gpio"
"stm32/hal/irq"
"stm32/hal/system"
"stm32/hal/system/timer/systick"
"stm32/hal/usart"
)
var tts *usart.Driver
func init() {
system.SetupPLL(8, 1, 48/8)
systick.Setup(2e6)
gpio.A.EnableClock(true)
tx := gpio.A.Pin(9)
tx.Setup(&gpio.Config{Mode: gpio.Alt})
tx.SetAltFunc(gpio.USART1_AF1)
d := dma.DMA1
d.EnableClock(true)
tts = usart.NewDriver(usart.USART1, d.Channel(2, 0), nil, nil)
tts.Periph().EnableClock(true)
tts.Periph().SetBaudRate(3000000000 / 1390)
tts.Periph().SetConf2(usart.TxInv)
tts.Periph().Enable()
tts.EnableTx()
rtos.IRQ(irq.USART1).Enable()
rtos.IRQ(irq.DMA1_Channel2_3).Enable()
}
func main() {
var rnd rand.XorShift64
rnd.Seed(1)
rgb := wsuart.GRB
strip := wsuart.Make(24)
black := rgb.Pixel(0)
for {
c := led.Color(rnd.Uint32()).Scale(127)
pixel := rgb.Pixel(c)
for i := range strip {
strip[i] = pixel
tts.Write(strip.Bytes())
delay.Millisec(40)
}
for i := range strip {
strip[i] = black
tts.Write(strip.Bytes())
delay.Millisec(20)
}
}
}
func ttsISR() {
tts.ISR()
}
func ttsDMAISR() {
tts.TxDMAISR()
}
//c:__attribute__((section(".ISRs")))
var ISRs = [...]func(){
irq.USART1: ttsISR,
irq.DMA1_Channel2_3: ttsDMAISR,
}
導入部分
與前面的示例相比，導入部分中的新內容是 rand/math 包和帶有 led/ws281x 子樹的 led 包。 led 包本身包含 Color 類型的定義。 led/ws281x/wsuart 定義了 ColorOrder、Pixel 和 Strip 類型。
我想知道如何使用 image/color 中的 Color 或 RGBA 類型，以及如何以它將實現 image.Image 介面的方式定義 Strip。 但是由於使用了 gamma 校正 和 大開銷的 color/draw 包，我以簡單的方式結束：
type Color uint32
type Strip []Pixel
使用一些有用的方法。然而，這種情況在未來可能會改變。
init 函數
init 函數沒有太多新穎之處。 UART 波特率從 115200 更改為 3000000000/1390 ≈ 2158273，相當於每個 WS2812 位 1390 納秒。 CR2 寄存器中的 TxInv 位設置為反轉 TXD 信號。
main 函數
XorShift64 偽隨機數生成器用於生成隨機顏色。 XORSHIFT 是目前由 math/rand 包實現的唯一演算法。你必須使用帶有非零參數的 Seed 方法顯式初始化它。
rgb 變數的類型為 wsuart.ColorOrder，並設置為 WS2812 使用的 GRB 顏色順序（WS2811 使用 RGB 順序）。然後用於將顏色轉換為像素。
wsuart.Make(24) 創建 24 像素的初始化條帶。它等效於：
strip := make(wsuart.Strip, 24)
strip.Clear()
其餘代碼使用隨機顏色繪製類似於 「Please Wait…」 微調器的內容。
strip 切片充當幀緩衝區。 tts.Write(strip.Bytes()) 將幀緩衝區的內容發送到環。
中斷
該程序由處理中斷的代碼組成，與先前的 UART 示例 中的代碼相同。
讓我們編譯並運行：
$ egc
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
text data bss dec hex filename
14088 240 204 14532 38c4 cortexm0.elf
$ openocd -d0 -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f0x.cfg -c 'init; program cortexm0.elf; reset run; exit'
我跳過了 openocd 的輸出。下面的視頻顯示了該程序的工作原理：
讓我們做些有用的事情...
在 第一部分 的開頭，我曾問過：「Go 能深入到多低層，而還能做一些有用的事情？」。 我們的 MCU 實際上是一種低端設備（8 比特的人可能會不同意我的看法），但到目前為止，我們還沒有做任何有用的事情。
所以... 讓我們做些有用的事情... 讓我們做個時鐘！
在互聯網上有許多由 RGB LED 構成的時鐘示例。讓我們用我們的小板子和 RGB 環製作自己的時鐘。我們按照下面的描述更改先前的代碼。
導入部分
刪除 math/rand 包，然後添加 stm32/hal/exti。
全局變數
添加兩個新的全局變數：btn 和 btnev：
var (
tts *usart.Driver
btn gpio.Pin
btnev rtos.EventFlag
)
它們將用來處理那些用於設置時鐘的 「按鈕」。我們的板子除了重置之外沒有其他按鈕，但是如果沒有它，我們仍然可以通過某種方式進行管理。
init 函數
將這段代碼添加到 init 函數：
btn = gpio.A.Pin(4)
btn.Setup(&gpio.Config{Mode: gpio.In, Pull: gpio.PullUp})
ei := exti.Lines(btn.Mask())
ei.Connect(btn.Port())
ei.EnableFallTrig()
ei.EnableRiseTrig()
ei.EnableIRQ()
rtos.IRQ(irq.EXTI4_15).Enable()
在內部 上拉電阻 啟用的情況下，將 PA4 引腳配置為輸入。它已連接至板載 LED，但這不會妨礙任何事情。更重要的是它位於 GND 引腳旁邊，所以我們可以使用任何金屬物體來模擬按鈕並設置時鐘。作為獎勵，我們還有來自板載 LED 的其他反饋。
我們使用 EXTI 外設來跟蹤 PA4 狀態。它被配置為在發生任何更改時都會產生中斷。
btnWait 函數
定義一個新的輔助函數：
func btnWait(state int, deadline int64) bool {
for btn.Load() != state {
if !btnev.Wait(1, deadline) {
return false // timeout
}
btnev.Reset(0)
}
delay.Millisec(50) // debouncing
return true
}
它等待 「按鈕」 引腳上的指定狀態，但只等到最後期限出現。這是稍微改進的輪詢代碼：
for btn.Load() != state {
if rtos.Nanosec() >= deadline {
// timeout
}
}
我們的 btnWait 函數不是忙於等待 state 或 deadline，而是使用 rtos.EventFlag 類型的 btnev 變數休眠，直到有事情發生。你當然可以使用通道而不是 rtos.EventFlag，但是後者便宜得多。
main 函數
我們需要全新的 main 函數：
func main() {
rgb := wsuart.GRB
strip := wsuart.Make(24)
ds := 4 * 60 / len(strip) // Interval between LEDs (quarter-seconds).
adjust := 0
adjspeed := ds
for {
qs := int(rtos.Nanosec() / 25e7) // Quarter-seconds since reset.
qa := qs + adjust
qa %= 12 * 3600 * 4 // Quarter-seconds since 0:00 or 12:00.
hi := len(strip) * qa / (12 * 3600 * 4)
qa %= 3600 * 4 // Quarter-seconds in the current hour.
mi := len(strip) * qa / (3600 * 4)
qa %= 60 * 4 // Quarter-seconds in the current minute.
si := len(strip) * qa / (60 * 4)
hc := led.Color(0x550000)
mc := led.Color(0x005500)
sc := led.Color(0x000055)
// Blend the colors if the hands of the clock overlap.
if hi == mi {
hc |= mc
mc = hc
}
if mi == si {
mc |= sc
sc = mc
}
if si == hi {
sc |= hc
hc = sc
}
// Draw the clock and write to the ring.
strip.Clear()
strip[hi] = rgb.Pixel(hc)
strip[mi] = rgb.Pixel(mc)
strip[si] = rgb.Pixel(sc)
tts.Write(strip.Bytes())
// Sleep until the button pressed or the second hand should be moved.
if btnWait(0, int64(qs+ds)*25e7) {
adjust += adjspeed
// Sleep until the button is released or timeout.
if !btnWait(1, rtos.Nanosec()+100e6) {
if adjspeed < 5*60*4 {
adjspeed += 2 * ds
}
continue
}
adjspeed = ds
}
}
}
我們使用 rtos.Nanosec 函數代替 time.Now 來獲取當前時間。這樣可以節省大量的快閃記憶體，但也使我們的時鐘變成了不知道日、月、年的老式設備，最糟糕的是它無法處理夏令時的變化。
我們的環有 24 個 LED，因此秒針的顯示精度可以達到 2.5 秒。為了不犧牲這種精度並獲得流暢的運行效果，我們使用 1/4 秒作為基準間隔。半秒就足夠了，但四分之一秒更準確，而且與 16 和 48 個 LED 配合使用也很好。
紅色、綠色和藍色分別用於時針、分針和秒針。這允許我們使用簡單的「邏輯或操作」進行顏色混合。我們 Color.Blend 方法可以混合任意顏色，但是我們快閃記憶體不多，所以我們選擇最簡單的解決方案。
我們只有在秒針移動時才重畫時鐘。
btnWait(0, int64(qs+ds)*25e7)
上面的這行代碼等待的正是那一刻，或者是按鈕的按下。
每按一下按鈕就會把時鐘向前調一調。按住按鈕一段時間會加速調整。
中斷
定義新的中斷處理程序：
func exti4_15ISR() {
pending := exti.Pending() & 0xFFF0
pending.ClearPending()
if pending&exti.Lines(btn.Mask()) != 0 {
btnev.Signal(1)
}
}
並將 irq.EXTI4_15: exti4_15ISR 條目添加到 ISR 數組。
該處理程序（或中斷服務程序）處理 EXTI4_15 IRQ。 Cortex-M0 CPU 支持的 IRQ 明顯少於其較大的同類兄弟處理器，因此你經常可以看到一個 IRQ 被多個中斷源共享。在我們的例子中，一個 IRQ 由 12 個 EXTI 線共享。
exti4_15ISR 讀取所有掛起的位，並從中選擇 12 個更高的有效位。接下來，它清除 EXTI 中選中的位並開始處理它們。在我們的例子中，僅檢查第 4 位。 btnev.Signal(1) 引發 btnev.Wait(1, deadline) 喚醒並返回 true。
你可以在 Github 上找到完整的代碼。讓我們來編譯它：
$ egc
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
text data bss dec hex filename
15960 240 216 16416 4020 cortexm0.elf
這裡所有的改進只得到 184 個位元組。讓我們再次重新構建所有內容，但這次在 typeinfo 中不使用任何類型和欄位名：
$ cd $HOME/emgo
$ ./clean.sh
$ cd $HOME/firstemgo
$ egc -nf -nt
$ arm-none-eabi-size cortexm0.elf
text data bss dec hex filename
15120 240 216 15576 3cd8 cortexm0.elf
現在，有了千位元組的空閑空間，你可以改進一些東西。讓我們看看它是如何工作的：
我不知道我是怎麼精確打到 3:00 的！？
以上就是所有內容！在第 4 部分（本系列的結束）中，我們將嘗試在 LCD 上顯示一些內容。（LCTT 譯註：然而爛尾了，第三篇寫於 2018 年，整個博客當年就停更了。）
via: https://ziutek.github.io/2018/05/03/go_on_very_small_hardware3.html
作者：Michał Derkacz 選題：lujun9972 譯者：gxlct008 校對：wxy
本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive
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