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2018年7月 1日 (日)

次はSTM32ボードを積極的に使ていきたい(24) グラフィック液晶(5)

Adafruit_ILI9341_STM ライブラリの不具合?でハマる


前回からの続きです。TFTとSDカードの併用を試したのですが、ちょっとハマりました。

Adafruit_ILI9341_STM ライブラリを使て、SDカードからビットマップ画像ファイルをロードして
表示してみたのですが、Adafruit_ILI9341_STM ライブラリにはバグがあるようです。
安定版にはなかったバグです。

ここ数日、そのバグに悩まされてしまいました。

01

SPIポートの同時に2つ利用(SPI1とSPI2)する場合で、
TFT液晶ディスプレイの制御にSPI2を使うと、SPI(SPI1)オブジェクトの値が
書き換えられてしまい、SPIオブジェクトが利用出来なくなりました。

原因は、Adafruit_ILI9341_STM ライブラリの参照型で利用するSPIオブジェクトを
メンバ変数として利用しているためでした。

Adafruit_ILI9341_STMのインスタンス生成時、利用するSPIポートを初期値として
クラス定義内にて

private:
  SPIClass & mSPI = SPI;
としています。
利用するSPIポートを変更(例えばSPI2)する場合、SPIClassのインスタンスを生成し
それをメンバ関数 begin()に指定することで行う仕様なのですが(次の手順)、
  Adafruit_ILI9341_STM tft = Adafruit_ILI9341_STM(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
  SPIClass  SPI_2(2);
  tft.begin(SPI_2);

この時、begin()関数の内部では、
  void Adafruit_ILI9341_STM::begin(SPIClass & spi, uint32_t freq)   {
     mSPI = spi;

ってなことをやってます。

一見良さそうですが、mSPIは参照型であり、SPIオブジェクトの別名にすぎません。
すなわち、
   SPI = spi;
と等しく、spiはSPI_2を参照しているので
   SPI = SPI_2;
と等価、同じ型のオブジェクトの代入演算はコピーが代入されるので、
SPIはSPI_2の内容に書き換えられてしまいます。
これでは、SPIオブジェクトを使っている通信・制御が不能となってしまいます。

対策としては、SPIオブジェクトを使う前に通信条件等を再設定します。
その分、処理に時間がかかるため、画像表示の処理は遅くなってしまいました。

スケッチ(サンプルのspitbitmapを修正して利用しています)
/***************************************************
  This is our Bitmap drawing example for the Adafruit ILI9341 Breakout and Shield
  ----> http://www.adafruit.com/products/1651

  Check out the links above for our tutorials and wiring diagrams
  These displays use SPI to communicate, 4 or 5 pins are required to
  interface (RST is optional)
  Adafruit invests time and resources providing this open source code,
  please support Adafruit and open-source hardware by purchasing
  products from Adafruit!

  Written by Limor Fried/Ladyada for Adafruit Industries.
  MIT license, all text above must be included in any redistribution
 ****************************************************/



#include <Adafruit_GFX_AS.h>    // Core graphics library
#include "Adafruit_ILI9341_STM.h" // Hardware-specific library
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

// TFT display and SD card will share the hardware SPI interface.
// Hardware SPI pins are specific to the Arduino board type and
// cannot be remapped to alternate pins.  For Arduino Uno,
// Duemilanove, etc., pin 11 = MOSI, pin 12 = MISO, pin 13 = SCK.

#define TS_MINX 600
#define TS_MINY 440
#define TS_MAXX 3460
#define TS_MAXY 3460

// TFT制御用ピン
#define TFT_CS  PA0
#define TFT_RST PA1
#define TFT_DC  PA2

// TFT制御用
Adafruit_ILI9341_STM tft = Adafruit_ILI9341_STM(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
SPISettings TFT_SPISet(SAFE_FREQ, MSBFIRST, SPI_MODE0, DATA_SIZE_16BIT);
SPIClass  SPI_2(2);
// SDカード選択
#define SD_CS PB0

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);
  Serial.println((uint32_t)SPI.dev(),HEX);
  tft.begin(SPI_2);
  Serial.println((uint32_t)SPI.dev(),HEX);
  tft.fillScreen(ILI9341_BLUE);

  SPI.setModule(1);
  if (!SD.begin(SD_CS)) {
    Serial.println("failed!");
  }

  Serial.println("OK!");
  bmpDraw("CAT.BMP", 0, 0);
}

void loop() {
}

// This function opens a Windows Bitmap (BMP) file and
// displays it at the given coordinates.  It's sped up
// by reading many pixels worth of data at a time
// (rather than pixel by pixel).  Increasing the buffer
// size takes more of the Arduino's precious RAM but
// makes loading a little faster.  20 pixels seems a
// good balance.

#define BUFFPIXEL 20

void bmpDraw(char *filename, uint8_t x, uint16_t y) {

  File     bmpFile;
  int      bmpWidth, bmpHeight;   // W+H in pixels
  uint8_t  bmpDepth;              // Bit depth (currently must be 24)
  uint32_t bmpImageoffset;        // Start of image data in file
  uint32_t rowSize;               // Not always = bmpWidth; may have padding
  uint8_t  sdbuffer[3*BUFFPIXEL]; // pixel buffer (R+G+B per pixel)
  uint8_t  buffidx = sizeof(sdbuffer); // Current position in sdbuffer
  boolean  goodBmp = false;       // Set to true on valid header parse
  boolean  flip    = true;        // BMP is stored bottom-to-top
  int      w, h, row, col;
  uint8_t  r, g, b;
  uint32_t pos = 0, startTime = millis();

  if((x >= tft.width()) || (y >= tft.height())) return;

  Serial.println();
  Serial.print(F("Loading image '"));
  Serial.print(filename);
  Serial.println('\'');

  // Open requested file on SD card
  if ((bmpFile = SD.open(filename)) == NULL) {
    Serial.print(F("File not found"));
    return;
  }

  // Parse BMP header
  if(read16(bmpFile) == 0x4D42) { // BMP signature
    Serial.print(F("File size: ")); Serial.println(read32(bmpFile));
    (void)read32(bmpFile); // Read & ignore creator bytes
    bmpImageoffset = read32(bmpFile); // Start of image data
    Serial.print(F("Image Offset: ")); Serial.println(bmpImageoffset, DEC);
    // Read DIB header
    Serial.print(F("Header size: ")); Serial.println(read32(bmpFile));
    bmpWidth  = read32(bmpFile);
    bmpHeight = read32(bmpFile);
    if(read16(bmpFile) == 1) { // # planes -- must be '1'
      bmpDepth = read16(bmpFile); // bits per pixel
      Serial.print(F("Bit Depth: ")); Serial.println(bmpDepth);
      if((bmpDepth == 24) && (read32(bmpFile) == 0)) { // 0 = uncompressed

        goodBmp = true; // Supported BMP format -- proceed!
        Serial.print(F("Image size: "));
        Serial.print(bmpWidth);
        Serial.print('x');
        Serial.println(bmpHeight);

        // BMP rows are padded (if needed) to 4-byte boundary
        rowSize = (bmpWidth * 3 + 3) & ~3;

        // If bmpHeight is negative, image is in top-down order.
        // This is not canon but has been observed in the wild.
        if(bmpHeight < 0) {
          bmpHeight = -bmpHeight;
          flip      = false;
        }

        // Crop area to be loaded
        w = bmpWidth;
        h = bmpHeight;
        if((x+w-1) >= tft.width())  w = tft.width()  - x;
        if((y+h-1) >= tft.height()) h = tft.height() - y;

        // Set TFT address window to clipped image bounds
        tft.setAddrWindow(x, y, x+w-1, y+h-1);

        for (row=0; row<h; row++) { // For each scanline...
          // Seek to start of scan line.  It might seem labor-
          // intensive to be doing this on every line, but this
          // method covers a lot of gritty details like cropping
          // and scanline padding.  Also, the seek only takes
          // place if the file position actually needs to change
          // (avoids a lot of cluster math in SD library).
          if(flip) // Bitmap is stored bottom-to-top order (normal BMP)
            pos = bmpImageoffset + (bmpHeight - 1 - row) * rowSize;
          else     // Bitmap is stored top-to-bottom
            pos = bmpImageoffset + row * rowSize;
          if(bmpFile.position() != pos) { // Need seek?
            bmpFile.seek(pos);
            buffidx = sizeof(sdbuffer); // Force buffer reload
          }

          for (col=0; col<w; col++) { // For each pixel...
            // Time to read more pixel data?
            if (buffidx >= sizeof(sdbuffer)) { // Indeed
              bmpFile.read(sdbuffer, sizeof(sdbuffer));
              buffidx = 0; // Set index to beginning
            }

            // Convert pixel from BMP to TFT format, push to display
            b = sdbuffer[buffidx++];
            g = sdbuffer[buffidx++];
            r = sdbuffer[buffidx++];
            SPI.setModule(2);
            tft.pushColor(tft.color565(r,g,b));
            SPI.setModule(1);                  
          } // end pixel
        } // end scanline
        Serial.print(F("Loaded in "));
        Serial.print(millis() - startTime);
        Serial.println(" ms");
      } // end goodBmp
    }
  }

  bmpFile.close();
  if(!goodBmp) Serial.println(F("BMP format not recognized."));
}

// These read 16- and 32-bit types from the SD card file.
// BMP data is stored little-endian, Arduino is little-endian too.
// May need to reverse subscript order if porting elsewhere.

uint16_t read16(File &f) {
  uint16_t result;
  ((uint8_t *)&result)[0] = f.read(); // LSB
  ((uint8_t *)&result)[1] = f.read(); // MSB
  return result;
}

uint32_t read32(File &f) {
  uint32_t result;
  ((uint8_t *)&result)[0] = f.read(); // LSB
  ((uint8_t *)&result)[1] = f.read();
  ((uint8_t *)&result)[2] = f.read();
  ((uint8_t *)&result)[3] = f.read(); // MSB
  return result;
}

SDカードの利用にはArduino(UNO)用のSDライブラリを利用しています。
とりあえず、Arduino STM32のフォーラムにて本件のバグを連絡しました。

Adafruit_ILI9341_STM ライブラリを自分で修正する場合、コンストラクタにて
利用するSPIを指定する感じの対応かな。

グラフィック液晶に関してはしばらく調査を続けます。

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