Obsługa wyświetlaczy kolorowych. Wyświetlanie bitmap

100 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 NOTATNIK KONSTRUKTORA Ceny monochromatycznych wyświetlaczy graficznych są już tak niskie, że ich użycie we własnej aplikacji jest w  zasięgu nawet niezbyt zasobnego hobbysty. Najbardziej popularne są wyświetlacze monochromatyczne bez możliwości sterowania jasnością (luminan- cją) piksela. Piksel jest albo ?zapalony?, albo ?zgaszony?. W pamięci programu sterownika takiego wyświetlacza jednemu pikselowi od- powiada jeden bit pamięci. Ponieważ dane są najczęściej zapisy- wane jako słowa 8 bitowe, to przyjęło się, że jeden bajt odpowiada wyświetlaniu linijki o długości 8 pikseli. O tym czy te linijki są uło- żone pionowo, czy poziomo decydują właściwości układu scalonego sterownika wyświetlacza. Najczęściej po wpisaniu jednego bajtu jest wyświetlana linijka pionowa. Istnieją też wyświetlacze monochromatyczne z  możliwością modulacji jasności świecenia piksela. Każdy piksel może przybie- rać określoną liczbę stopni ?szarości?. Wtedy na piksel w pamięci obrazu przypada więcej niż jeden bit. Na przykład kiedy pikselowi są przyporządkowane 4 bity, to piksel może świecić z 16 poziomami jasności. Organizacja pamięci obrazu Do niedawna wyświetlacze kolorowe były bardzo drogie i trud- no było je spotkać w niskobudżetowych interfejsach użytkownika. Również dzisiaj klasyczne wyświetlacze o  relatywnie dużych wy- miarach (porównywalnych z  wyświetlaczami monochromatyczny- mi) nie są tanie, jednak w  można użyć tanich wyświetlaczy z  te- lefonów komórkowych. Jednym z parametrów wyświetlaczy (i ich sterowników) jest głębia koloru, czyli liczba możliwych do uzyska- nia kolorów pojedynczego piksela. Jest to parametr znany większo- ści użytkowników komputerów. Jak łatwo domyśleć się, im więcej kolorów może odtworzyć wyświetlacz, tym wyświetlane obrazy będą bardziej zbliżone do rzeczywistości. W technice komputerowej standardem jest głębia 32-bitowa. To znaczy, że w pamięci kompu- tera (lub karty graficznej) na atrybut koloru przeznaczono 32 bity (4 bajty) i każdy z pikseli może przybierać jeden z 2^32=4294967296 kolorów. Jeżeli komputer PC ma ustawioną rozdzielczość 2280×900 pikseli, to potrzebna wielkość pamięci do zapamiętania pojedyncze- go, statycznego obrazu wynosi 2280×900×4=10368000 bajtów. Całe szczęście, że w  interesujących nas wyświetlaczach nie ma takich wymagań odnośnie do wielkości pamięci, bo raczej trudno byłoby go Wyświetlacze monochromatyczne są często używane w  różnych konstrukcjach amatorskich. Inaczej sytuacja przedstawia się w  przypadku wyświetlaczy kolorowych, nawet mimo tego, że kolor pozwala na znacznie lepsze pokazanie informacji. Ten artykuł ma na celu ułatwienie zastosowania popularnego wyświetlacza kolorowego we własnym urządzeniu. Opisuje sposoby sterowania wyświetlaczem oraz wyświetlania plików BMP. Obsługa wyświetlaczy kolorowych Wyświetlanie bitmap Rysunek 1. Świecące piksele RGB kolorowego wyświetlacza LCD 101ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 Obsługa wyświetlaczy kolorowych kramik.ep.com.pl AutomatykaB2B Portal branżowy dla automatyków stosować z taką rozdzielczością i  głębią kolorów. Możliwości kolorowych wyświetlaczy tele- fonów komórkowych są zdecy- dowanie mniejsze. Pokażemy to na przykładzie wyświetlacza do telefonu komórkowego No- kia 6110. Wyświetlacz z  Nokii 6110 ma rozdzielczość 132×132 piksele i 12-bitową głębię kolo- rów, czyli każdemu pikselowi w pamięci obrazu jest przypi- sanych 12 bitów. Piksel wyświetlacza kolorowego jest zbudowany z  3 punktów. Każdy z tych punktów świeci w jednym z 3 podstawowych kolorów: czerwonym (R), zielonym (G) i niebieskim (B). Te punkty maja identyczną budowę warstwy ciekłego kryszta- łu, ale przed każdym z nich jest umieszczony inny filtr kolorowy. Powiększenie wyświetlacza w widoku od czoła pokazano na rysun- ku 1. Jasność świecenia każdego z punktów jest regulowana, a przez ta regulację otrzymujemy wy- padkowy kolor poprzez skła- danie się z  3 podstawowych kolorów i sumaryczną jasność piksela. Te ogólne informacje są niezbędne żeby zrozumieć czego potrzebuje sterownik żeby wyświetlić żądany kolor piksela. A potrzebuje informa- cji z jaką jasnością ma świecić każda ze składowych podsta- wowych RGB. Dla 12-bitowej głębi kolorów na każdą składową przypada po 4 bity, więc ich jasność może się zmieniać w 16 krokach. Oprócz rozdzielczości bitowej musimy znać położenie składowych we wpi- sywanym do sterownika słowie. W sterowniku firmy Epson wyświet- lacza Nokii 6110 ułożenie bitów składowych 12-bitowego koloru jest takie, jak to pokazano na rysunku 2. Aby optymalnie wykorzystać pamięć obrazu sterownika, składo- we koloru dla 2 kolejnych pikseli upakowano w 3 kolejnych bajtach. Do zapełnienia całego ekranu wyświetlacza będziemy potrzebować (132×132×3)/2=25136 bajtów. Generowanie bitmap Już wiemy czego potrzebuje sterownik wyświetlacza. Zewnętrz- ny sterownik (host) musi odczytywać dane zapisane w pamięci we- wnętrznej lub na przykład z karty SD i przesyłać je do sterownika wyświetlacza. W  tym celu musimy przygotować tablicę z  danymi, Rysunek 2. Położenie składowych 12-bitowego koloru w pamięci RAM obrazu dla 2 pikseli Rysunek 3. Atrybuty obrazka wklejonego z MWSnap Rysunek 4. Skalowanie obrazka 102 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 NOTATNIK KONSTRUKTORA w  której będą zapisane skła- dowe koloru każdego piksela. Kiedy po raz pierwszy uży- wamy kolorowego wyświetla- cza graficznego stajemy przed problemem, w  jaki sposób wygenerować taką tablicę. To zadanie jest dobrze podzielić na etapy. Po pierwsze, trzeba będzie utworzyć kolorową bitmapę o  rozdzielczości 132×132 piksele. Postaram się pokazać ten proces na przykładzie. Niezbędne będzie użycie oprogramowania graficznego: programu do zapisywania zrzutów z  ekranu i  do obróbki i  zapisywania bitmap. Ponieważ będziemy pracować z  małymi bitmapami, to do obróbki plików zupełnie wystarczający będzie np. Paint Brush z Windowsa, a  do zapisywania zrzutów ekranowych bezpłatny, polski program WMSnap autorstwa Mirka Wojtowicza (www.mirekw.com). WMSnap ma wbudowaną użyteczną funkcję zrzucania dowolnego prostokąta i zapisywania w schowku systemowym Windows. Za jego pomocą ze strony www.ep.com.pl skopiowałem fragment okładki jednego z nu- merów EP, a następnie fragment banera reklamowego. Oba te obrazy zapisujemy, lub bezpośrednio wklejamy używając schowka systemo- wego do tworzonej bitmapy. Fragment okładki z napisem Elektronika praktyczna ma wymiary 167×41 pikseli i nie zmieści się w całości na ekranie o rozdzielczości 132×132 piksele. Przed wykorzystaniem należy zmienić jego wymia- ry, tak aby miał szerokość 132 pikseli. Można to zrobić programem Pa- int. Na rysunku 3 pokazano atrybuty obrazka przed skalowaniem. Na- rzędziem Rozciąganie i pochylanie skalujemy obrazek. Przeskalowany obrazek zachowuje proporcje i ma szerokość 132 pikseli (rysunek 4). Nakońcupracyz obrazkiemmożnagoobrócićo kąt90lub180°.W prak- tyce często dużo łatwiej jest obrócić obrazek w programie graficznym, niż potem modyfikować jego orientację za pomocą komend sterownika. Następnie zmieniamy atrybuty na 132×132 piksele i  wklejamy drugi obrazek, tak jak pokazano na rysunku 5. Wynik zapisujemy na dysku, ponieważ w kolejnym etapie trzeba go przekonwertować na tablicę, którą będzie mogła odczytać procedura sterownika ? hosta. W czasie pracy z wyświetlaczami monochromatycznymi korzy- stałem z  gotowego programu napisanego przez Jerzego Szczesiula. W tym przypadku takiego programu nie miałem, ale po przeszukaniu Internetu natrafiłem na program bmp2c autorstwa Sebestien?a Riou. Program jest dostępny pod adresem http://sourceforge.net/projects/ bmp2c/. Po ściągnięciu i rozpakowaniu otrzymujemy program z przy- kładami, dokumentacja i źródłami dla Borland Builera C++. Jak się Listing 1. Fragment tablicy wygenerowanej przez program bmp2c #define sx 132;//width of the picture #define sy 132;//height of the picture const unsigned char bmp[] = {0x20, 0x00, 0x25, 0x25, 0x4a, 0x6e, 0x25, 0x25, 0x4a, 0x4a, 0x2a, 0x6e, 0x4a, 0x4e, 0x4a, 0x2a, 0x4a, 0x73, 0x4e, 0x4e, 0x4a, 0x2a, 0x2a, 0x4e, 0x2a, 0x4a, 0x4e, 0x26, 0x4e, 0x4e, 0x26, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0xdb, 0x20, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x25, 0x01, 0x05, 0x25, 0x25, 0x05, 0x25, 0x25, 0x26, 0x26, 0x26, 0x25, 0x2a, 0x2a, 0x26, 0x25, 0x2a, 0x26, 0x2a, 0x05, 0x26, 0x25, 0x25, Listing 2. Wyświetlanie bitmapy w trybie 8-bitowym void LCDWriteBmp(void) { long j; WriteSpiCommand(DATCTL); WriteSpiData(7); // P1: 0x00 = adres strony dekr., adres kolumn dekr. ,mod. licznika stron WriteSpiData(0x00); // P2: 0x00 = RGB (wartosc domyslna) WriteSpiData(0x01); // P3:tryb 8 bitowy WriteSpiCommand(CASET); //zakres licznika kolumn WriteSpiData(0); WriteSpiData(131); WriteSpiCommand(PASET);//zakres licznika stron WriteSpiData(0); WriteSpiData(131); WriteSpiCommand(RAMWR); //zapis do pamieci for(j = 0; j < 17424; j++) { WriteSpiData(bmp[j]); } // powrot do ustawien dla wysietlania tekstu WriteSpiCommand(DATCTL); WriteSpiData(0x01); // P1: 0x01 = adres strony dekrtement, adres kolumn inkr ,mod. licznika stron WriteSpiData(0x00); // P2: 0x00 = RGB WriteSpiData(0x02); // P3: 0x02 = powrót do trybu 12 bitowego WriteSpiCommand(DISON); } Rysunek 5. Gotowa bitmapa o wymiarach 132×132 pikseli Rysunek 6. Położenie składowych koloru w bajcie w trybie 8-bitowym okazało w praktyce, ten program jest zupełnie wystarczający dla na- szych celów mimo bardzo uproszczonego interfejsu użytkownika. Bmp2c wymaga podania: nazwy pliku z rozszerzeniem .ini z zapi- sanymi pleceniami do konwersji, nazwy pliku z bitmapą i opcjonalnej nazwy pliku tekstowego z wygenerowaną tablicą w języku C. Jeżeli nie podamy tej nazwy, to program nazwie plik tak samo, jak plik bit- mapy, ale będzie on miał rozszerzenie .c i format tekstowy. Sposób konwertowania danych jest zapisany w  pliku z  rozsze- rzeniem ini. Plik otwieramy w  dowolnym edytorze tekstowym. Na pierwszy rzut wydaje się, że konfigurowanie programu jest trudne, ale to tylko pierwsze wrażenie. Nas będą interesowały 2 parametry: data_size i data_map. Pierwszy określa ile bitów ma głębia kolorów. Dla kolorów 12-bitowych wpisujemy data_size=12. Drugi parametr określa położenie bitów składowych kolorów w wygenerowanych sło- wach tablicy wyjściowej. W naszym przypadku zapiszemy: data_map=r7 r6 r5 r4 g7 g6 g5 g4 b7 b6 b5 b4 Jak widać, zapisujemy najstarsze wagi bitów. Młodsze są zarezer- wowane domyślnie dla kolorów o większej liczbie bitów. Sterowanie wyświetlaczem Do tej pory o  tym nie wspomniałem, ale sterownik Epson wy- świetlacza ma jeszcze jeden tryb koloru: kolor 8-bitowy. Mimo, że pi- szę o tym dopiero teraz uważam, że ten tryb może być podstawowym dla wyświetlaczy stosowanych w interfejsach użytkownika sterowni- ków mikroprocesorowych. Mamy w nim do dyspozycji 256 kolorów i jeżeli nie chcemy wyświetlać wielobarwnych bitmap (na przykład zdjęć), to jest to w zupełności wystarczające. W porównaniu z trybem 12-bitowym ten tryb ma pewną zaletę: bitmapy zajmują w pamięci hosta nie 12 bitów na piksel, ale 8 bitów na piksel. 8 bitowa organiza- cja uprasza też procedury wyświetlania. Oczywiście dotyczy to tylko hosta, bo słowa 8-bitowe po wpisaniu do sterownika są i tak przez niego konwertowane na 12-bitowe. 103ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 Obsługa wyświetlaczy kolorowych R E K L A M A Listing 3 wyświetlenie bitmapy o dowolnych wymiarach void LCDWriteBmp12(unsigned char sx, unsigned char sy, unsigned char x, unsigned char y) { unsigned short j,k,w0,w1; WriteSpiCommand(DATCTL); WriteSpiData(7); // P1: 0x00 = adres strony dekr., adres kolumn dekr. ,mod. licznika stron WriteSpiData(0x00); // P2: 0x00 = RGB (wartosc domyslna) WriteSpiData(0x02); // P3:tryb 12 bitowy WriteSpiCommand(CASET); //zakres licznika kolumn WriteSpiData(x); WriteSpiData(x+sx-1); WriteSpiCommand(PASET);//zakres licznika stron WriteSpiData(y); WriteSpiData(y+sy-1); k=0; WriteSpiCommand(RAMWR); for(j=0;j<(sx*sy/2);j++){ w0=bmp[k++]; //pobranie z tablicy składowych koloru 2 kolejnych pikseli w1=bmp[k++]; WriteSpiData((w0 >> 4) & 0xFF); //konwersja na tryb 12bitowy WriteSpiData(((w0 & 0xF) << 4) | ((w1 >> 8) & 0xF)); WriteSpiData(w1 & 0xFF); } // powrot do ustawien dla wysietlania tekstu WriteSpiCommand(DATCTL); WriteSpiData(0x01); // P1: 0x01 = adres strony dekrtement, adres kolumn inkr ,mod. licznika stron WriteSpiData(0x00); // P2: 0x00 = RGB WriteSpiData(0x02); // P3: 0x02 = tryb 12 bitowy } Jak w przypadku kolorów 12-bitowych, musimy znać położenie bitów składowych kolorów podstawowych. Pokazane je na rysun- ku 6. W pliku .ini programu bmp2c wpisujemy data_size=8 data_map = r7 r6 r5 g7 g6 g5 b7 b6 W  wygenerowanej tablicy deklarowany jest typ zmiennych short. Dla mikrokontrolerów 32-bitowych ten typ oznacza dane 16-bitowe i przez to tablica zajmie dwukrotnie więcej miejsca, niż wynika z  prostego rachunku. Moje próby z  wyświetlaczem były przeprowadzane z  użyciem mikrokontrolera STM32 z  rdzeniem ARM. Przy użyciu bezpłatnej ewaluacyjnej wersji pakietu Keil uVi- sion4, po zdeklarowaniu tablicy jako short wielkość kodu wyniko- wego przekraczała dozwolony dla tej wersji rozmiar 32 kB. Dlatego dla trybu 8-bitowego trzeba zmienić deklarację typu z short na unsi- gned char. 104 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 NOTATNIK KONSTRUKTORA Cenyzdnia13.12.2010,sprzedzmianystawkipodatkuVAT 105ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011 Obsługa wyświetlaczy kolorowych ElektronikaB2B Portal branżowy dla elektroników Fotografia 7. Wyświetlenie bitmapy w trybie 8-bitowym. Fragment tablicy wygenerowanej przez bmp2c pokazano na listin- gu 1. Deklarację typu danych zmieniono ręcznie z short na unsigned char. Przed właściwą tablicą są automatycznie zdefiniowane wymiary w pikselach konwertowanej bitmapy. Te definicje pozwalają procedu- rom wyświetlającym zorientować się w rozmiarze bitmapy w przy- padku. Na listingu 2 pokazano procedurę wyświetlania pełnowymiaro- wej bitmapy zapisanej w głębi 8-bitowej. Efekt działania procedury z  list.  2 przy wyświetlaniu bitmapy z rys. 2 pokazano na fotografii 7. Bitmapa jest wyświetlana za pomocą wyświetlacza od telefonu Nokia 6110 w trybie 8-bitowym. Program bmp2c w wersji dystrybuowanej przez autora nie potrafi zapisywać tablicy tak, aby przy 12 bitach na piksel w 3 kolejnych baj- tach były zapisane składowe koloru dla 2 kolejnych pikseli. Dla skła- dowych koloru dłuższych niż 8 bitów, składowe pojedynczego piksela są zapisywane na 16 bitach. Parametry konwersji będą następujące: data_size=12 data_map = r7 r6 r5 r4 g7 g6 g5 g4 b7 b6 b5 b4 Jeżeli chcemy użyć trybu 12-bitowego, to należy wygenerowaną bitmapę przekonwertować. W czasie konwersji są odczytywane po 2 słowa z tablicy bitma- py odpowiadające dwóm kolejnym pikselom, a  następnie układane w  trzech kolejnych bajtach, tak aby bity składowych koloru były zgodne z trybem 12-bitowym pokazanym na rys. 2. Na listingu 3 za- mieszczono procedurę, która realizuje to zadanie. Argumenty sx i sy określają wymiary bitmapy. Potrzebne wartości definiuje się w pliku wyjściowym program bmp2c. Argumenty x i y to współrzędne począt- ku wyświetlania bitmapy. Dla pełnowymiarowych obrazów 132×132 piksele x=y=0. Komendy CASET i PASET na podstawie argumentów określają początek wyświetlania i wymiary bitmapy na ekranie LCD. Pętla konwersji jest wykonywana (sx×sy/2)-razy, bo za każdym razem z tablicy są pobierane 2 słowa składowych. Następnie są one konwertowane na 3 bajty dla trybu 12-bitowego. Przedstawione tutaj sposoby przygotowania tablic w C mogą być używane dla dowolnych kolorowych wyświetlaczy graficznych z róż- ną głębią kolorów. Tomasz Jabłoński tomasz.jablonski@ep.com.pl