【Tutorial】如何用Intel SE C1000開發整合大型顯示裝置

Posted By 曹永忠 on 11 月 15, 2017 in 教學文, 開發套件, 開發工具 | 0 comments

作者：曹建國

本文是接續先前兩篇Quark SE C1000的文章，即如何用ISSM開發Intel SE C1000及Quark SE C1000之GPIO腳位設定技巧的開發環境及介面擴充介紹後，在這基礎下來進行一個專案的開發：使用Quark SE C1000開發板的串列通訊埠連接Lumex產品：EZDISPLAY，並顯示出我們想要展現的資料。

須用到的Quark SE C1000腳位

首先，我們將上一篇中介紹到的腳位圖再拿出來說明這次要用到的部分，如下圖所示，可以看到Quark SE C1000開發板正面，在開發版兩端各有雙排的2.54 的公頭腳位，下圖右邊紅框是J14的腳位，下圖左邊紅框是J15的腳位。

Quark SE C1000開發板腳位示意圖：標示腳一（圖／曹建國）

由上圖的Quark SE C1000開發板腳位中，我們可以看到這些腳位有一些是被拉出來，開發成Arduino UNO開發版的相容腳位。在Intel官網中所提供的使用者指引文件所示的Arduino UNO開發板相容腳位對照表，這些腳位也是從Quark SE C1000開發板腳位拉出來的腳位，轉化成Arduino UNO開發版的腳位格式。

將對照表轉化成下圖所示之Arduino UNO開發版，我們可以看到第一組UART腳位，相當於之Arduino UNO開發版的第一組串列埠，也是D0、D1的腳位(如下圖所示之橙點與黃點)，腳位如下列示：

D0(橙點)：為第一組串列埠(UART)的接收腳位(RX :Reception)
D1(黃點)：為第一組串列埠(UART)的傳輸腳位(TX : Transmission)
GND(白點)：為共地腳位(Ground)

第一組UART腳位圖

Lumex顯示裝置連接Quark SE C1000開發板

將Quark SE C1000開發板連接到Lumex Inc. EZDISPLAY(型號：LDM-768-1LT-X4)顯示裝置，如下圖所示，我們先看到EZDISPLAY顯示裝置的控制器：

LDM-768-1LT-X控制器

如上圖所示，我們可以列舉控制線作用如下：

紅線：LDM-768-1LT-X控制器 +5V 電源輸入
黑線：LDM-768-1LT-X控制器 GND 電源輸入
黃線：LDM-768-1LT-X控制器串列埠之輸出端(TX)
紅線：LDM-768-1LT-X控制器串列埠之接收端(RX)

我們可以看到第一組UART腳位，相當於之Arduino UNO開發版的第一組串列埠，也是D0、D1的腳位(如下圖所示之橙點與黃點)，腳位如下列示：

D0(橙點)：為第一組串列埠(UART)的接收腳位(RX：Reception)
D1(黃點)：為第一組串列埠(UART)的傳輸腳位(TX : Transmission)
GND(白點)：為共地腳位(Ground)

第一組UART腳位圖

所以我們將Intel Quark SE C1000開發板與LDM-768-1LT-X控制器連接組立電路後，可得到下圖所示之電路組立圖。

電路組立

最後，如下圖所示，我們可以看到最後成品之電路組立。

實際組立之電路

以UART範例解釋腳位的應用

如何開啟ISSM的範例程式，下圖紅框所示，我們開啟UART範例程式(Universal_Asynchronous_Receiver_Transmitter__UART_)。

開啟Uart範例程式

從下圖紅框處所示，我們可以看到許多的程式，那都是UART範例程式。

已開啟UART範例專案

簡化UART範例講解

由於範例程式：Universal_Asynchronous_Receiver_Transmitter__UART_，實在太過於複雜，因此簡化成Lora_tx的專案，大家可以從Github網站中，下載Lora_tx 的檔案 Import到專案工作區。

下表是UART簡化範例程式，雖然已經簡化到152行，大家可能還是難以閱讀，所以接下來我會一步步的解釋：

UART簡化範例程式(Lora_tx\ main.c)

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*Uart Sample for TX

#include “qm_pinmux.h”

#include “clk.h”

#include “qm_common.h”

#include “qm_gpio.h”

#include “qm_pin_functions.h”

#include “qm_uart.h”

#define DELAY 250000UL /* 0.25 seconds. */

/* Define aon3 for UART mux pin*/

#define AON3 3

/* Wait time (us). */

#define WAIT_1MSEC (1000)

static void pin_mux_setup()

{

// Mux out STDOUT_UART TX/RX pins and enable input for RX.

qm_pmux_select(QM_PIN_ID_17, QM_PIN_17_FN_UART1_RXD);

qm_pmux_select(QM_PIN_ID_16, QM_PIN_16_FN_UART1_TXD);

qm_pmux_input_en(QM_PIN_ID_17, true);

}

int uint2str(unsigned int no, uint8_t *p)

{

int ret = 0 ;

// int tmp = 0 ;

if (no <10)

{

*p = 0x30 + no ;

ret = 1 ;

}

else if (no <100)

{

*(p+1) = 0x30 + (no % 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/10) ;

ret = 2 ;

}else if (no <1000)

{

*(p+2) = 0x30 + (no % 10) ;

*(p+1) = 0x30 + (int)((no/100) / 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/100) ;

ret = 3 ;

}else if (no <10000)

{

*(p+3) = 0x30 + (no % 10) ;

*(p+2) = 0x30 + (int)((no % 100) %10) ;

*(p+1) = 0x30 + (int)((no % 100) / 10) ;

*p = 0x30 + (int)(no/1000) ;

ret = 4 ;

}

return ret ;

}

int main(void)

{

int strlen = 0;

qm_uart_config_t uart1_cfg ;

qm_gpio_port_config_t aon_cfg;

pin_mux_setup();

uart1_cfg.baud_divisor = QM_UART_CFG_BAUD_DL_PACK(0, 17, 6);

uart1_cfg.line_control = QM_UART_LC_8N1;

uart1_cfg.hw_fc = false;

aon_cfg.direction = BIT(AON3); /* Set AON3 pins as output. */

qm_gpio_set_config(QM_AON_GPIO_0, &aon_cfg);

qm_uart_set_config(QM_UART_1, &uart1_cfg);

uint8_t uart1_message[] = “PM2.5:”;

uint8_t uart1_message1[20] ;

while(1){

clk_sys_udelay(WAIT_1MSEC);

for (int i = 50 ; i <120; i++)

{

strlen = uint2str(i, &uart1_message1[0]) ;

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message, sizeof(uart1_message));

qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

clk_sys_udelay(DELAY*5);

}

return 0;

}

Include講解

下圖的程式碼是整個系統必要的含括檔(include files)。

Lora_tx include程式

由於我們需要用到ARD_D0與ARD_D1，這是屬於AP_GPIO_SS9_ADC17_UART1_RXD與AP_GPIO_SS8_ADC16_UART1_TXD（參考下表之SC1000腳位對照表），UART1_TX與UART1_RX使用到QM_PIN的功能，所以必須要包含下列三個含括檔：

#include “qm_pinmux.h”
#include “qm_pin_functions.h”
#include “qm_common.h”

由於它仍是GPIO的GPIO_SS[8]與GPIO_SS[9] ，所以必須要包含下列一個含括檔：

#include “qm_gpio.h”

因此我們在GPIO的運用上，必須要使用這些含括檔。

SC1000腳位對照表(簡表)

使用 UART的資源，同時也關係到UART的QM Function的控制，所以在UART1_TX與UART1_RX使用到Function的控制，必須要包含： #include “qm_uart.h”

在時間延遲顯示上的需要，會用到系統時間控制，在最後必須要包含： #include “clk.h”

所以當我們操作時，需要配合GPIO、通訊埠控制與時間延遲等運用上，必須加入上述這些含括檔。

Define宣告講解

Define宣告程式

在設定時間延遲上，我們會先定義時間的單位。Intel Quark SE C1000開發板的運行是μs := micro second，一秒鐘為一百萬μs，所以0.25秒為250000UL，由下列變數來定義時間的單位：#define DELAY 250000UL

Intel Quark SE C1000開發板的UART 1與Intel System Studio for Microcontroller:ISSM 軟體的Debug Port共用(參考下圖所示)，所以如果沒有將FTDI與UART 多工器切換，所有串列埠的訊號，只會傳到Debug Port，而Intel Quark SE C1000開發板的UART 1腳位，卻完全沒有訊號。

FTDI與UART 多工器線路圖

基於上述原因，所以需要做下列的變數定義： #define AON33

有時候雖然軟體會進行多工器設定，但常常會看到FTDI與UART 多工器切換其實有時候不太靈光。因此，我們為了確定可以將Intel Quark SE C1000開發板的UART 1腳位完全作用，我們透過硬體方式將AO3腳位接到地線（如下圖）。

AO3腳位接地圖

時間延遲函數需要，所以我們要先定義延遲時間的內容，將變數定義為：#define WAIT_1MSEC (1000)

為了通訊埠控制與時間延遲等運用，是必須使用define定義這些變數。

函式內容講解(pin_mux_setup)

我在上面提到，我們需要用到QM Function。這些QM Function需要用到GPIO腳位，在GPIO使用時必須要對腳位進行輸入、輸出等宣告，如下表所示，宣告與產生的pin_mux_setup()函式來進行上述的用途。

pin_mux_setup函式

函式內容講解(uint2str)

這次的專案主要是要把PM2.5感測器的感測數值，顯示在EZDISPLAY大型顯示裝置上，但顯示裝置只接收文字字串，所以宣告一個數字的轉字串需要自訂函數：uint2str()函數來達到這個功能。

uint2str函式

Main主程式講解

下表為main主程式的內容，我們會一一分功能區段，介紹如下：

main主程式

Main主程式：變數宣告

當PM2.5感測器得到的數值資料，轉成文字字串時，其數值顯示的長度為何，我們使用：int strlen = 0;

針對QM UART功能進行通訊時所需要的速率、開始位元、結束位元與7 bits / 8 bits等設定，對物件變數為：qm_uart_config_t uart1_cfg ;

UART與Debug Port多工器切換中其多工器變數AON3，宣告物件變數：qm_gpio_port_config_t aon_cfg;

Main主程式：Setup區

由於GPIO的設定，之前我們已經介紹pin_mux_setup(); 函式，必須在使用GPIO腳位之前，執行pin_mux_setup(); 函式內容，所以我們有下列敘述：pin_mux_setup();

Main主程式：通訊設定

在通訊設定上，有三個步驟

第一步，我們需要設定UART通訊速率，由於Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置的傳輸速率為115200 bps，所以我們必須將UART的通訊速率設為115200 bps，以達到同步，我們有下列敘述：uart1_cfg.baud_divisor = QM_UART_CFG_BAUD_DL_PACK(0, 17, 6);

再來，我們需要設定UART 通訊方式與格式，主樣把通訊格式設為8N1，就是使用8位元傳送，不送Parity bit，停止位元為 bit 1，所以下列敘述為：uart1_cfg.line_control = QM_UART_LC_8N1;

最後，我們需要設定UART 是否使用硬體流量控制(flow control及hardware flow control)，由於我們並沒有使用CTS與RTS，所以我們將硬體流量控制關閉，將下列敘述設定為：uart1_cfg.hw_fc = false;

上面介紹了QM UART功能所訂的物件變數：qm_uart_config_t uart1_cfg ，經過上述一連串的設定內容之後，我們需要將這些設定寫入周邊。使用qm_uart_set_config()函數寫入時，我們有下列敘述：qm_uart_set_config(QM_UART_1, &uart1_cfg);

Main主程式：多工器設定

UART與Debug Port多工器切換，我們需要告知多工器為只有使用UART輸入，所以我們有下列敘述：aon_cfg.direction = BIT(AON3);

上面介紹了UART與Debug Port多工器切換的必要，將這些設定寫入周邊，我們使用qm_gpio_set_config()函數寫入時，需要有下列敘述：qm_gpio_set_config(QM_AON_GPIO_0, &aon_cfg);

Main主程式：顯示內容變數

接下來，將資訊送往Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置時，由於資訊前方仍需資訊顯示欄位說明，所以我們需要資訊顯示欄位說明變數與資訊內容變數，將設定為：

uint8_t uart1_message[] = “PM2.5:”;

uint8_t uart1_message1[20] ;

其uart1_message[]為資訊顯示欄位說明變數，而uart1_message1[20]為資訊內容變數。

Main主程式：loop()區段

一般熟悉Arduino 開發版開發系統的讀者，都會了解Arduino 開發版固定有一個loop()迴圈的程式區段，這段是固定的區域，而且在Arduino 開發時，固定有一塊loop()迴圈的程式區段，這段程式區段是必須且一定存在的，然而在Intel Quark SE C1000開發板，是遵循一般c語言開發方式，所以並沒有像Arduino 開發時，固定有一塊loop()迴圈的程式區段，所以我們用永久迴圈來達到這個效果。如下表所示，我們可以看到我們用while(1){……}的方式來達到類似loop()迴圈的程式區段。

loop程式區塊

因為顯示內容不一定跟上感測器偵測速率等因素，所以必須要用延遲等待的函數如delay()(Arduino 指令)。使用我們之前系統的函數clk_sys_udelay()來達到時間延遲的效果，敘述為：clk_sys_udelay(WAIT_1MSEC); 其WAIT_1MSEC為一百萬的us，所以延遲一秒鐘。

Main主程式：模擬感測器不同資料輸出

此篇只介紹顯示的電路與程式內容，所以暫且沒有動態資訊的輸入，但是如果只有重複數據顯示，可能會造成我們無法辨識是否正常輸出或當機等問題，所以如下表所示，我們用一個for迴圈來達到模擬感測器不同資料輸出所以我們有下列敘述：

模擬感測器不同資料輸出之程式區塊

我們只會取得數值，而數值的型態無法傳送到Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置，必須將數值進行字串的轉換函式，使用uint2str()將數值轉換成字串：strlen = uint2str(i, &uart1_message1[0]) ; 在正式將轉換數值為字串之後，我們使用strlen取得與紀錄字串長度。

Main主程式：顯示感測資料說明欄位

當一切資料就緒後，我們使用qm_uart_write_buffer()將顯示內容輸出到UART的通訊埠：qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message, sizeof(uart1_message));

我們先行顯示uart1_message1的內容，就是『PM2.5:』的內容。

Main主程式：顯示模擬感測資料

接下來，一切資料就緒後，我們使用qm_uart_write_buffer()將顯示內容輸出到UART的通訊埠：qm_uart_write_buffer(QM_UART_1, uart1_message1, strlen) ;

我們先前顯示uart1_message1的內容，就是使用了for迴圈產生的『模擬感測資料』的內容。

Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置接收資料與顯式的特性，如果小於100ms，Lumex Inc. EZDISPLAY顯示裝置會將資料一起顯示，而不會清掉螢幕，所以我們必須要做時間延遲，我們使用clk_sys_udelay()來進行時間延遲，所以我們宣告下列變數：clk_sys_udelay(DELAY*5);

先前提過DELAY為0.25秒，DELAY*5為1.25秒，所以我們約1.25秒顯示感測資料。

燒錄測試

我們點選下圖紅框處，選Lora_tx(Flash to Board)，進行燒錄程式到Intel Quark SE C1000開發板的燒錄功能是否正確。

燒錄程式到開發板

如下圖紅框區所示，如果綠色的圖示有出現，代表Intel Quark SE C1000開發板正確連接，且可開始燒錄。

燒錄程式到開發板進行中

如下圖所示，如果沒有任何錯誤的訊息出現，則代表我們已經完成燒錄程式到開發板的作業。

執行內容

結語

本篇主要是介紹Intel Quark SE C1000開發板如何使用Quark SE C1000開發板的串列通訊埠連接Lumex產品：EZDISPLAY，並顯示出我們想要展現的資料，接下來這專案準備延伸與空氣盒子連結，進而可以顯示空氣污染的即時資訊。

（責任編輯：葉于甄）

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曹永忠

國立中央大學資訊管理學系博士，目前在國立暨南國際大學電機工程學系兼任助理教授、國立高雄科技大學商務資訊應用系兼任助理教授自由作家，專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域，並持續發表作品及相關專業著作，並通過台灣圖霸的專家認證。