从零开始 DIY 智能家居 - AC791N通过单线SPI驱动WS2812

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前言

今天被疫情管控在家，因为太过突然，完全没准备，也没办法远程办公访问，正好闲下来一天整理一下前段时间弄的一个小玩意。
一个智能灯带，这玩意看起来简单，但是坑蛮多的，特别是我选择了一个比较少见的模块。那坑就更多了。

因为这次是被管控在家，我设备和代码啥都没有，只能通过之前的文档和笔记给大家分享一下这次开发遇到的坑，所以没办法像之前那样直接将代码分享给大家，但是我还是会尽量讲清楚WS2812要如何使用的。

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一、硬件选择

首先，就是翼辉的 边缘计算机 Spirit 1 边缘计算机，这玩意给开发者用确实好使，我已经习惯用这个玩意协助开发调试设备了。

至于开发板，这次终于不是祖传的ESP32了，是杰里科技的AC791N开发板！当然，本穷逼只买得起最便宜的单独的开发板模块，这玩意单板子就特么100块啊！

灯带我选择的是WS2812B一种很常见，资料很多的灯带，但是实际上网上的资料很多都不对。我查着资料用示波器抓了半天波形才搞定。

因为设备不在家，这里没办法给大家配图了QWQ

驱动WS2812一般就三种方法
直接控制IO口拉高拉低来产生波形，但是WS2812对电平翻转速度要求有点高，很难达到这么高的速度，而且直接这么控制误差比较大，所以我没采用。

我在网上看见用得比较多的是 PWM+DMA的方式，然后蛋疼的地方来了，AC791N开发板开发板的资料比较少，只有官方的一个文档，官方文档只简单的说了一下PWM的使用，有很多的功能和宏并没有介绍，我折腾了半天，实在是调不通，去找他们的官方支持才知道，他们的PWM是直连的，没有DMA。

最后在官方人员的帮助下，我才终于成功使用SPI单线模式+DMA的方式驱动WS2812，官方文档上没有SPI单线模式的介绍，就很蛋疼

接线：
5V->5V
PH1(SPI DO)->DO
GND->GND

二、代码讲解

1.SPI配置

因为这次代码不在身边，我只能找我笔记里的关键部分来讲了

采用SPI单线模式+DMA，主要是SPI_UNIDIR_MODE这个宏将SPI配置为单线模式
使用SPI2 portA
SPI速率为8M
输出引脚为 ：IO_PORTH_01

SPI配置代码如下（示例）：

port A 的引脚定义

/************************** SPI config ****************************/
SPI2_PLATFORM_DATA_BEGIN(spi2_data)
    .clk    = 8000000,
    .mode   = SPI_1WIRE_MODE,
    .port   = 'A',
    .attr   = SPI_SCLK_L_UPH_SMPH | SPI_UNIDIR_MODE,
SPI2_PLATFORM_DATA_END()

注册SPI设备：
REGISTER_DEVICES(device_table) = {
	{"uart2", &uart_dev_ops, (void *)&uart2_data },
	{"rtc", &rtc_dev_ops, NULL},
	{"spi2", &spi_dev_ops, (void *)&spi2_data },
};

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2.灯带代码

WS2812的逻辑0和逻辑1的定义
代码如下（示例）：

//需要设定灯带长度和ws2812的逻辑0和逻辑1
#define LED_NUM  100	                // LED灯珠个数

#define EIGHTBIT_0CODE	0xc0            // 逻辑0
#define EIGHTBIT_1CODE	0xf8            // 逻辑1

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这是将数据结构中传入的颜色和亮度数组转换成SPI发送数据的函数

/**
 * 将传入数据转换成ws2812缓存
 * 	8个SPI bit 表示一个ws2812bit，要求SPI发送速率为8Mhz，ws2812信号频率为1M
 * 	经实测，还是8bit/1M 的模式比较准确，灯带不会误识别造成乱码，SPI为6.4M时会出现乱码
 *  */
int convert2ws2812(struct frame_buf* fbuf, uint8_t *ws_buf, uint16_t buf_len)
{
	union ws2812_pixel pcolor;
	uint8_t *subpixel = NULL;
    ws_buf[0] = 0;
    for (uint16_t pos = 0; pos < LED_NUM; pos++) {
        // 处理当前像素点颜色
		pcolor.color.r = fbuf->color.r * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;
		pcolor.color.g = fbuf->color.g * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;
		pcolor.color.b = fbuf->color.b * fbuf->pixel_brightness[pos] / UINT8_MAX;
		// 转换每个颜色通道
		memset(ws_buf + pos * 24, 0, 24);
		for(uint16_t i = 0; i < 3; i++) {
			subpixel = ws_buf + pos * 24 + i * 8 + 0;
			subpixel[0] |= ((pcolor.data[i] & 0x80) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[1] |= ((pcolor.data[i] & 0x40) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[2] |= ((pcolor.data[i] & 0x20) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[3] |= ((pcolor.data[i] & 0x10) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[4] |= ((pcolor.data[i] & 0x08) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[5] |= ((pcolor.data[i] & 0x04) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[6] |= ((pcolor.data[i] & 0x02) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
			subpixel[7] |= ((pcolor.data[i] & 0x01) ? EIGHTBIT_1CODE : EIGHTBIT_0CODE);
		}
	}
	return 0;
}

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而在主业务循环函数中有个需要注意的是SPI do 端口默认为高电平，我尝试在发送前将GPIO端口拉低也没用，这会导致数据的第一个信号被吞掉，所以要在所有数据前填充一段0数据将电平拉低

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总结

这次东西，不难，主要是的坑有点多：
1、AC97的PWM是不支持DMA的，以及SPI的单线模式。
2、WS2812并不需像网上资料写的理论上将SPI 的CLK设置为6.4M，亲测，6.4M情况下会有错乱的情况。8.0M才能稳定。
3、SPI默认高电平会吃掉第一个数据，导致会有一个灯颜色异常，所有要手动在所有发送前往数据前塞0，拉低电平，通过GPIO控制函数拉低没用，我抓过波形看过了。
4、还是AC97的问题，因为我这是两线程在跑，一个线程接收数据，一个线程发送数据，发送线程不知道为什么在有的情况下会调度得慢，几秒甚至几十秒才跑一次，我已经把发送线程的优先级拉到很高了，理论上他调度的机会应该比接收线程多，但是接收线程一切正常，发送线程响应就很慢，而我什么都没改，有时候重新上电就正常了，有时候重新烧录一下代码就好，什么都没改。