内容介绍

一·项目介绍

本项目基于ADI为max32690微处理器提供的评估套件MAX32690EVKIT使用Zephyr UART驱动和display驱动，实现串口回显以及屏幕显示。

方案框图如下：

1.1硬件介绍

本项目基于以下硬件实现：

MAX32690 ：MAX32690微控制器(MCU)是一款先进的片内系统(SoC)，具有Arm® Cortex®-M4F CPU、大容量闪存和SRAM存储器以及最新一代Bluetooth® 5.2低功耗(LE)射频。该套件将处理能力与物联网应用程序所需的连接性结合在一起。

MAX32690EVKIT ：Analog Devices (ADI)为MAX32690微控制器推出的官方评估套件。它提供了一个功能丰富的平台，用于评估这款高性能、超低功耗且支持蓝牙5.2的MCU，板上集成了128x128像素的彩色TFT显示屏、立体声音频编解码器（带3.5mm接口）、板载HyperRAM以及一个带鞭状天线的蓝牙SMA连接器，USB 2.0 Micro-B转串行UART。

1.2功能概览

1.通过串口接收字符

2.接收到的字符进行大小写转换后再回显

3.使用Zephyr UART驱动

4.使用板载彩色TFT显示屏显示图片

1.3设计思路

实现项目功能概览的全部功能，实现步骤如下：

1.准备硬件和软件的开发环境

2.配置设备树

3.编写串口回显代码

4.编写屏幕显示代码

二·功能实现

功能主要实现了两个功能：

UART交互：通过串口接收用户输入，将输入的小写字母转换为大写，大写字母转换为小写（大小写翻转），然后回显给用户。

显示屏初始化并显示图片：在程序启动时，向ST7735 TFT显示屏写入张图片，用于验证显示驱动是否正常工作。

2.1.软件流程

1.初始化阶段

2.运行阶段

（1）UART中断回调处理(serial_cb)

本函数在UART接收中断触发时执行：

更新UART中断状态（调用 uart_irq_update）

检查是否有接收数据准备好（调用 uart_irq_rx_ready）

循环从FIFO读取字符数据

如果读取到行结束符（\n 或 \r）且缓冲区有内容，则：

在字符串末尾添加结束符 \0

将完整字符串放入消息队列（k_msgq_put）

重置接收缓冲区位置（rx_buf_pos = 0）

如果读取到普通字符且缓冲区未满，则：

检查字符是否为英文字母

如果是大写字母（'A'-'Z'），转换为小写（加32）

如果是小写字母（'a'-'z'），转换为大写（减32）

将转换后的字符存入接收缓冲区

超出缓冲区大小的字符被丢弃

（2）字符输出功能(print_uart)

本函数实现字符串的串口发送：

计算字符串长度

循环逐字符调用 uart_poll_out 发送

支持发送任意以 \0 结尾的字符串

（3）显示初始化与更新功能(main函数中实现)

本功能在系统启动时执行：

通过 device_get_binding("ST7735") 获取显示设备

分配128×160的RGB565帧缓冲区（共20480像素）

将帧缓冲区填充为图片

配置显示描述符（宽度、高度、行距等）

调用 display_write 将帧缓冲区数据写入显示屏

检查写入操作是否成功并打印状态信息

（4）主循环消息处理(main函数中的while循环)

本循环持续运行处理用户输入：

阻塞等待消息队列中的数据（k_msgq_get）

接收到用户输入的字符串后：

发送"Echo: "前缀

发送转换后的用户输入字符串

发送换行回车符（\r\n）0

等待下一条用户输入

2.2实现过程

项目基于CodeFusion Studio（CFS）进行开发，CodeFusion Studio（CFS）是一款基于Microsoft的Visual Studio Code（VS Code）的嵌入式软件开发平台。CodeFusion Studio 为嵌入式处理器和 MCU 提供一流的开发工具，为新手提供直观的工具，同时为专业嵌入式开发者启用高级功能。

1. 配置设备树

Zephyr引入了DeviceTree这一成熟的方案，像Linux一样，各个半导体厂商自己出DeviceTree来描述自己的产品，并且自己提供各个外设的驱动代码。用户只需调用Zephyr标准驱动，底层就会根据DeviceTree自动找到对应厂商的驱动代码，然后编译进固件中，所以需要正确配置设备树。由于 EV 套件设计将 MAX32690 的可用 SPI 引脚分配给音频编解码器，因此 TFT 的 SPI 引脚被连接到通用 IO 引脚上。固件需要通过直接设置、清除和读取这些 IO 引脚（也就是 Bit-banging）来模拟所需的 SPI 信号，所以设备树要做特殊配置。

chosen {
		zephyr,code-partition = &m4_flash;
		zephyr,flash = &flash0;
		zephyr,coredump-partition = &coredump_partition;
		zephyr,display = &st7735;
		zephyr,sram = &m4_sram;
	};

     mipi_dbi {
		compatible = "zephyr,mipi-dbi-spi";
		spi-dev = <&spibb0>;
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <0>;

		status = "okay";

		st7735: st7735@0 {
			compatible = "sitronix,st7735r";
			mipi-max-frequency = <DT_FREQ_M(6)>;
			mipi-mode = "MIPI_DBI_MODE_SPI_3WIRE";
            label = "ST7735"; 
			reg = <0>;
			width = <130>;
			height = <132>;
			x-offset = <0>;
			y-offset = <0>;
			madctl = <0xc8>;
			colmod = <0x05>;
			vmctr1 = <0x51>;
			pwctr1 = [02 02];
			pwctr2 = [c5];
			pwctr3 = [0d 00];
			pwctr4 = [8d 1a];
			pwctr5 = [8d ee];
			frmctr1 = [02 35 36];
			frmctr2 = [02 35 36];
			frmctr3 = [02 35 36 02 35 36];
			gamctrp1 = [0a 1c 0c 14 33 2b 24 28 27 25 2c 39 00 05 03 0d];
			gamctrn1 = [0a 1c 0c 14 33 2b 24 28 27 25 2d 3a 00 05 03 0d];
		};
	};

	spibb0: spibb0 {
		compatible = "zephyr,spi-bitbang";
		status = "okay";
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <0>;
		clk-gpios = <&gpio2 25 (GPIO_ACTIVE_HIGH | MAX32_GPIO_VSEL_VDDIOH)>;
		mosi-gpios = <&gpio2 24 (GPIO_ACTIVE_HIGH | MAX32_GPIO_VSEL_VDDIOH)>;
		cs-gpios = <&gpio2 11 (GPIO_ACTIVE_LOW | MAX32_GPIO_VSEL_VDDIOH)>;
	};

	reserved-memory {
		#address-cells = <1>;
 		#size-cells = <1>;
 		ranges;

		m4_sram: memory@20000000 {
			/* This partition is chosen for sram. */
			compatible = "mmio-sram";
			reg = <0x20000000 DT_SIZE_K(768)>;
		};
	};
};

2. 图片数据填充

RGB565是16位色，每个像素只需要2个字节，直接能节省33%的存储空间和内存占用。尤其是在嵌入式系统、单片机、智能手表、小型LCD屏，以及需要高帧率的小游戏开发中，设备的内存和处理器资源有限，RGB565既能保证视觉效果（人眼几乎看不出差异），又能大幅提升运行效率，是性价比最高的选择。

static const uint16_t logo_rgb565[20480]= {
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,
  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001F,  0x001...};

3.UART中断处理过程 (serial_cb)

触发条件：用户通过串口发送数据

处理流程：更新UART中断状态，检查是否有接收数据，循环从FIFO读取每个字符

对每个字符进行处理：，大写字母（A-Z）：转换为小写，big++ 计数，小写字母（a-z）：转换为大写，small++ 计数，统计总数：total++，存入接收缓冲区 rx_buf

检测到行结束符（\n 或 \r）时：在缓冲区末尾添加字符串结束符 \0，将完整字符串放入消息队列 uart_msgq，重置缓冲区位

void serial_cb(const struct device *dev, void *user_data)
{
    uint8_t c;

    if (!uart_irq_update(uart_dev)) {
        return;
    }

    if (!uart_irq_rx_ready(uart_dev)) {
        return;
    }

    /* read until FIFO empty */
    while (uart_fifo_read(uart_dev, &c, 1) == 1) {
        if ((c == '\n' || c == '\r') && rx_buf_pos > 0) {
            /* terminate string */
            rx_buf[rx_buf_pos] = '\0';

            /* if queue is full, message is silently dropped */
            k_msgq_put(&uart_msgq, &rx_buf, K_NO_WAIT);

            /* reset the buffer (it was copied to the msgq) */
            rx_buf_pos = 0;
        } else if (rx_buf_pos < (sizeof(rx_buf) - 1)) {
             if (c >= 'A' && c <= 'Z') {
                c=c+32;
                big++;
             }
            else if (c >= 'a' && c <= 'z') {
                c=c-32;
                small++;
             }
             total++;
            rx_buf[rx_buf_pos++] = c;
        }
        /* else: characters beyond buffer size are dropped */
    }
}

4.将图片数据填充到屏幕

    const struct device *display;
    display = device_get_binding("ST7735"); /* match the label in DTS */


    if (!display) {
        printk("Failed to find display device\n");
        return 0;
    }
    if (!device_is_ready(display)) {
        printk("Display device not ready\n");
        return 0;
    }
  struct display_buffer_descriptor desc = {
        .pitch = W,
        .width = W,
        .height = H,
        .buf_size = sizeof(logo_rgb565),
    };
    int rc = display_write(display, 0, 0, &desc, logo_rgb565);
    if (rc) {
        printk("display_write failed: %d\n", rc);
    } else {
        printk("Wrote frame to display\n");
    }

三功能展示

串口回显：

屏幕显示：

四总结

1.遇到的难题

本次项目中最主要的问题是能否正确的配置设备树，而设MAX32690EVKIT设计将 MAX32690 的可用 SPI 引脚分配给音频编解码器，因此 TFT 的 SPI 引脚被连接到通用 IO 引脚上，所以固件需要通过直接设置、清除和读取这些 IO 引脚（也就是 Bit-banging）来模拟所需的 SPI 信号，故配置设备树比较麻烦，不能简单的配置SPI，而在ADI的MSDK中对此有详细的配置说明，比对着这些最终成功的驱动了套件的屏幕。

2.心得体会

第一次基于max32系列芯片进行开发，也是第一次接触zephyr系统。从STM32到MAX32690，从裸机到Zephyr，这个过程就像学会了一门新的语言，而Analog Devices的CFS（Code Fusion Studio）后，图形化界面极大降低了上手难度。虽然开始很痛苦，但掌握之后，视野豁然开朗——原来嵌入式开发可以这样优雅、可移植、可维护，特别是看到自己写的UART回显程序能正常运行，并且可以在TFT屏上刷出Logo，那种成就感是值得的。

最后感谢电子森林与得捷电子联合推出的《Funpack》系列活动，对于我来说是个很好的学习机会，理论结合实践。我们下期活动再见