(手搓轮子)在AI-M61上用软件SPI驱动UC8179屏幕

[Yaqing-Zheng]

1. 硬件介绍

(1) Ai-M61

• Ai-M61系列模组是深圳市安信可科技有限公司开发的 Wi-Fi 6 & 蓝牙双模模组，搭载 BL618 芯片，支持 Wi-Fi 802.11b/g/n/ax 和 BLE 5.3 协议。
• BL618芯片配备低功耗 32 位 RISC-V CPU，主频高达 320MHz，提供 DVP、MJPEG、Display、Audio Codec、USB2.0 等丰富接口。
• 适用于音视频多媒体、物联网、移动设备、智能家居等场景。

(2) UC8179

• UC8179是ULTRACHIP的一款一体化 EPD 驱动 SoC，多用于黑白 / 红黑三色电子货架标签、中大尺寸墨水屏模组。
• 内置时序控制器 TCON、Gate/Source 驱动器、DC‑DC 升压电源、VCOM 发生器、SRAM 图像缓存、OTP 存储 LUT 波形表，外部 MCU 不需要提供高压驱动，主控只需要 SPI 通信即可。
• 供电电压：2.3V到3.6V，典型 3.3V 系统直接驱动。
• 注意：由于市面上大多数面板没有配套支持局部刷新的LUT，所以本文仅提供全局刷新的驱动。

(3) 使用模块

• Ai-M61模组选用Ai-M61-32S-Kit_V1.1。
• UC8179选用中景园电子的ZJYSR0G01。

2. 寄存器介绍

UC8179的寄存器较多，但大多数寄存器都是为提供LUT的屏幕设计的，对于不支持LUT功能的屏幕，涉及到的寄存器命令只有6个，对应的地址如下。

//UC8179寄存器介绍
#define UC8179_DTW1         0x10
#define UC8179_DTW2         0x13
#define UC8179_POF          0x02
#define UC8179_PON          0x04
#define UC8179_DSLP         0x04
#define UC8179_DRF          0x12

(1)单字节命令寄存器

UC8179_PON(0x04)：面板升压上电，启动内部的DC-DC升压电路，产生EPD电压。

UC8179_DRF(0x12)：启动电泳刷新动作，加载LUT波形，把SRAM现存的数据输出到面板。

UC8179_POF(0x02)：面板高压掉电序列，关闭 DC‑DC 升压、Source 驱动器、VCOM，但是图像显存保留。

(2)双字节命令寄存器

UC8179_DSLP(0x04)：进入深睡眠模式，操作字0xA5，如果不需要刷新就可以进入深睡眠模式。

(3)数据写入命令寄存器

UC8179_DTW1(0x10)：数据区域BW，黑白图层数据，后续紧跟像素的操作字。

UC8179_DTW2(0x13)：数据区域R，红色图层数据，后续紧跟像素的操作字。

3. 代码部分

(1) 端口定义

寄存器宏在寄存器介绍部分已经配置完成，此处直接定义用到的端口，后续修改端口可以直接修改端口定义。

//GPIO句柄
static struct bflb_device_s *gpio;

//端口定义
#define UC8179_SCL_PIN          GPIO_PIN_20
#define UC8179_SDA_PIN          GPIO_PIN_11
#define UC8179_RES_PIN          GPIO_PIN_13
#define UC8179_DC_PIN           GPIO_PIN_10
#define UC8179_CS_PIN           GPIO_PIN_19
#define UC8179_BUSY_PIN         GPIO_PIN_18

//端口电平写入与读取
#define UC8179_SCL(x)           ((x) == 1) ? bflb_gpio_set(gpio, UC8179_SCL_PIN) : bflb_gpio_reset(gpio, UC8179_SCL_PIN)
#define UC8179_SDA(x)           ((x) == 1) ? bflb_gpio_set(gpio, UC8179_SDA_PIN) : bflb_gpio_reset(gpio, UC8179_SDA_PIN)
#define UC8179_RES(x)           ((x) == 1) ? bflb_gpio_set(gpio, UC8179_RES_PIN) : bflb_gpio_reset(gpio, UC8179_RES_PIN)
#define UC8179_DC(x)            ((x) == 1) ? bflb_gpio_set(gpio, UC8179_DC_PIN)  : bflb_gpio_reset(gpio, UC8179_DC_PIN)
#define UC8179_CS(x)            ((x) == 1) ? bflb_gpio_set(gpio, UC8179_CS_PIN)  : bflb_gpio_reset(gpio, UC8179_CS_PIN)
#define UC8179_BUSY_READ        bflb_gpio_read(gpio, UC8179_BUSY_PIN)

//延时函数宏
#define delay_ms                arch_delay_ms

(2)软件SPI与UC8179的访问

SPI的时序比较简单，此处不再做过多介绍，仅定义了三个函数用于初始化和交互。

• UC8179_GPIOInit：用于初始化用到的GPIO端口。
• UC8179_WriteReg：用于向UC8179写入指令。
• UC8179_WriteData：用于向UC8179写入操作字。

//初始化用到的GPIO端口
void UC8179_GPIOInit(void)
{
    gpio = bflb_device_get_by_name("gpio");
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_SCL_PIN, GPIO_OUTPUT);
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_SDA_PIN, GPIO_OUTPUT);
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_RES_PIN, GPIO_OUTPUT);
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_DC_PIN, GPIO_OUTPUT);
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_CS_PIN, GPIO_OUTPUT);
    bflb_gpio_init(gpio, UC8179_BUSY_PIN, GPIO_INPUT);
}

//向UC8179写入指令
void UC8179_WriteReg(unsigned char reg)
{
    unsigned char i;
    UC8179_DC(0);
    UC8179_CS(0);
    UC8179_SCL(0);
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        UC8179_SDA((reg & 0x80) ? 1 : 0);
        UC8179_SCL(1);
        reg <<= 1;
        UC8179_SCL(0);
    }
    UC8179_CS(1);
    UC8179_DC(1);
}

//向UC8179写入操作字
void UC8179_WriteData(unsigned char data)
{
    unsigned char i;
    UC8179_DC(1);
    UC8179_CS(0);
    UC8179_SCL(0);
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        UC8179_SDA((data & 0x80) ? 1 : 0);
        UC8179_SCL(1);
        data <<= 1;
        UC8179_SCL(0);
    }
    UC8179_CS(1);
    UC8179_DC(1);
}

(3) 屏幕刷新逻辑

屏幕刷新逻辑包含五个过程，分别为：复位--写入缓存--上电--刷新--下电。

• 复位：给RES引脚一个低脉冲，防止其他寄存器未擦除影响显示。
• 写入缓存：使用UC8179_DTW1和UC8179_DTW2指令在两个区域写入数据。
• 上电：使用UC8179_PON指令上电，准备刷新。
• 刷新：使用UC8179_DRF指令刷新屏幕，此时数据传入屏幕。
• 下电与休眠：使用UC8179_POF指令下电，若后续不再刷新，使用UC8179_DSLP指令休眠，降低功耗。

此处提供两个函数用于刷新屏幕，分别对应黑白模式和红白模式

• UC8179_ReflashImg_BW：在黑白模式下刷新，参数为全局数组的头指针。
• UC8179_ReflashImg_RW：在红白模式下刷新，参数为全局数组的头指针。

//黑白模式刷新函数
void UC8179_ReflashImg_BW(unsigned char *image)
{
    unsigned short int i, j;
    unsigned short int Width = (EPD_W % 8 == 0) ? (EPD_W / 8) : (EPD_W / 8 + 1);
    unsigned short int Height = EPD_H;
    //复位
    delay_ms(100);
    UC8179_RES(0);
    delay_ms(20);
    UC8179_RES(1);
    delay_ms(20);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //写入缓存
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW1);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(image[i+j*Width]);
        }
    }
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW2);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(0x00);
        }
    }
    //上电
    UC8179_WriteReg(UC8179_PON);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //刷新
    UC8179_WriteReg(UC8179_DRF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //下电
    UC8179_WriteReg(UC8179_POF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //休眠
    UC8179_WriteReg(UC8179_DSLP);
    UC8179_WriteData(0xA5);
}

//红白模式刷新函数
void UC8179_ReflashImg_RW(unsigned char *image)
{
    unsigned short int i, j;
    unsigned short int Width = (EPD_W % 8 == 0) ? (EPD_W / 8) : (EPD_W / 8 + 1);
    unsigned short int Height = EPD_H;
    //复位
    delay_ms(100);
    UC8179_RES(0);
    delay_ms(20);
    UC8179_RES(1);
    delay_ms(20);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //写入缓存
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW1);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(0x00);
        }
    }
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW2);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(image[i+j*Width]);
        }
    }
    //上电
    UC8179_WriteReg(UC8179_PON);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //刷新
    UC8179_WriteReg(UC8179_DRF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //下电
    UC8179_WriteReg(UC8179_POF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    //休眠
    UC8179_WriteReg(UC8179_DSLP);
    UC8179_WriteData(0xA5);
}

(4) 主函数示例

注意：gImage变量为全局数组，根据屏幕的分辨率定义即可，例如本例使用的屏幕为648×480分辨率的，数组大小即为648×480/8，由于数组太大，此处即用0x00替代，测试用数组可见工程。

#define EPD_W    648
#define EPD_H    480

unsigned char gImage[EPD_W * EPD_H / 8] = {0x00};

int main(void)
{
    //初始化SDK
    board_init();
    //软件SPI引脚初始化
    UC8179_GPIOInit();
    //以黑白模式显示一张图像
    UC8179_ReflashImg_BW(gImage);
    //TEST_LED闪烁
    bflb_gpio_init(gpio, GPIO_PIN_29, GPIO_OUTPUT);
    while (1)
    {
        //LED闪烁指示运行状态
        bflb_gpio_set(gpio, GPIO_PIN_29);
        arch_delay_ms(1000);
        bflb_gpio_reset(gpio, GPIO_PIN_29);
        arch_delay_ms(1000);
    }
}

4. 接线与测试效果

(1) 硬件接线

按照前面宏定义的接线即可，以本例为例，接线如下：

• GND ------ GND
• VCC ------ 3V3
• SCL ------ IO_20
• SDA ------ IO_11
• RES ------ IO_13
• DC ------ IO_10
• CS ------ IO_19
• BUSY ------ IO_18

(2) 测试效果

测试用效果图选用了2026年9月4日的摸鱼人日历，gImage数组见工程。

-->

5. 拓展实验

(1) 一个小问题

既然屏幕支持红、白、黑三种颜色，能不能同时显示呢？当然也是可以的，为了方便测试，我们可以写一个这样的函数。

//红白黑测试函数
void UC8179_ReflashImg_BRW_Test(unsigned char *image)
{
    unsigned short int i, j;
    unsigned short int Width = (EPD_W % 8 == 0) ? (EPD_W / 8) : (EPD_W / 8 + 1);
    unsigned short int Height = EPD_H;
    delay_ms(100);
    UC8179_RES(0);
    delay_ms(20);
    UC8179_RES(1);
    delay_ms(20);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW1);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<40;i++)
        {
            UC8179_WriteData(0x00);
        }
        for (i = 40;i < Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(image[i+j*Width]);
        }
    }
    UC8179_WriteReg(UC8179_DTW2);
    for(j=0;j<Height;j++)
    {
        for(i=0;i<40;i++)
        {
            UC8179_WriteData(image[i+j*Width]);
        }
        for (i = 40;i < Width;i++)
        {
            UC8179_WriteData(0x00);
        }
    }
    UC8179_WriteReg(UC8179_PON);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    UC8179_WriteReg(UC8179_DRF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    UC8179_WriteReg(UC8179_POF);
    while (UC8179_BUSY_READ == 0);
    UC8179_WriteReg(UC8179_DSLP);
    UC8179_WriteData(0xA5);
}

后续只需要在主函数中调用该函数即可，如下：

int main(void)
{
    board_init();
    UC8179_GPIOInit();
    //本次调用的是上面的测试函数
    UC8179_ReflashImg_BRW_Test(gImage);
    bflb_gpio_init(gpio, GPIO_PIN_29, GPIO_OUTPUT);
    while (1)
    {
        bflb_gpio_set(gpio, GPIO_PIN_29);
        arch_delay_ms(1000);
        bflb_gpio_reset(gpio, GPIO_PIN_29);
        arch_delay_ms(1000);
    }
}

最终的测试效果如下：

-->

(2) 第二个问题

如果在UC8179_DTW1区域和UC8179_DTW2区域同时写数会有什么效果？答案其实就藏在数据手册的角落里。这是数据手册中表格的一个部分，当DDX[1:0]两个位未被配置(即DDX=2'b01)时，有下面这个真值表。

Data{NEW, OLD}	LUT
00	LUTKK（ 0 - 0 ）
01	LUTWK（ 1- 0 ）
10	LUTKW（ 0 - 1 ）
11	LUTWW（ 1 - 1 ）

简单说，就是当红色像素存在，则输出为红色像素，否则该点输出与黑白模式一致。

(3) 第三个问题

那么，知道了这些有什么用呢？其实作用很明显，我们可以通过掩码的方式，显示一张包含黑、白、红三色的图片，具体的计算如下：

比如，我们在一个连续的区域0x00位置写入内容，如果这块区域的第三个像素为白色，第五个像素为红色，只需要按照如下的方式操作数据。

//伪代码,初始数据
unsigned char data = 0x00;
//伪代码，计算新的DTW1区域的数据
unsigned char WR_Data = data | (0x80 >> (3-1));
//伪代码，计算新的DTW2区域数据
unsigned char R_Data = data | (0x80 >> (5-1));
//更新数据
UC8179_WriteReg(UC8179_DTW1);
UC8179_WriteData(WR_Data);
UC8179_WriteReg(UC8179_DTW2);
UC8179_WriteData(R_Data);

上述伪代码去除了数据写入前后的复位刷新等操作，相关操作同前文，此处不再赘述。

[Yaqing-Zheng]

Ai-M61-32S源码.zip