基于AB32VG1的墨水屏智能日历

项目背景

本项目是【RT-Thread x RISC-V 应用创新大赛】参赛项目之一，大赛活动页面：

RT-Thread X RISC-V 创新应用设计大赛 (elecfans.com)

本项目硬件部分包含4.2寸墨水屏、墨水屏驱动板、ESP8266模组和W25Q128闪存模组以及开发板自带的按键，硬件功能上使用了AB32芯片的SPI、UART、GPIO。软件部分包含业务代码、RT-Thread内核、RT-Thread组件包以及一些移植的三方组件，软件功能方面不仅使用了RT-Thread内核基础API（线程、信号量、互斥锁等），还使用了RT-Thtread组件库的at_device、netutils、webclient、cJSON、gbk2utf8、FlashDB、fal 组件。本项目实现了根据IP地址定位查询所在城市天气，从NTP服务器同步时间到片上RTC，最终在4.2寸墨水屏上显示当前日期、天气、温度、阳历、农历的效果。

项目简介

本项目解决了什么问题？

传统纸质日历需要手动翻页，容易遗忘；
传统纸质日历仅有静态信息，没有天气、时间等信息，内容较为单调；
传统纸质日历一次购买后样式不能更换，比较无趣（不在乎的可以买新的）；

本项目有什么创新点（实现了哪些功能）？

相比纸质日历，无需手动翻页；
相比纸质日历，可以显示实时天气信息；
相比LCD/OLED屏的同类产品，电子墨水屏的功耗更低，更节能环保；

硬件部分

本项目主要包括五个硬件模块：

AB32VG1开发板，作为主控制器控制其他外设；
ESP8266 WiFi模块，用于联网获取时间和实时天气信息；
微雪的Arduino墨水屏扩展板，用于驱动墨水屏，同时带有一个128KB的SPI RAM芯片（用于作为显存），和一个T-Flash卡槽（没用到）；
4.2英寸三色墨水屏，分辨率400x300，用于显示画面，一帧画面至少需要占用45KB 内存（400 x 300 x 3 / 8 = 45000）；
W25Q128闪存模块，容量16MB，用于存储中文字体，以及阳历和农历的对应关系；

硬件模块间连接

五个硬件模块之间的整体连接关系如下图：

开发板引脚分配

开发板和外设的引脚连接关系（电源部分）：

主要使用到的资源，以及开发板和外设的引脚连接关系（控制部分）：

具体使用情况说明：

RTC
- 用于保存当前时间和日期，以及时间的自动递增；
UART1
- 连接ESP-01S模块，用于实现联网获取时间和实时天气信息；
SPI1
- 连接墨水屏扩展板，用于和上面的SRAM芯片、墨水屏芯片通信；
GPIO
- 连接墨水屏扩展板上的RAM_CS，用于输出SRAM的片选信号
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_CS，用于输出墨水屏的片选信号；
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_DC，用于输出墨水屏的数据/命令信号；
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_RST，用于输出墨水屏的复位信号；
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_BUSY，用于墨水屏的繁忙状态的输入；
- 连接W25Q128模块的CS，用于输出闪存芯片的片选信号；
- 开发板自带的三个按键，用于作为输入按键；
3V3/GND
- 连接ESP-01S模块，用于向ESP8266芯片供电；
- 连接墨水屏扩展板，用于向SRAM和墨水屏供电；
- 连接W25Q128模块，用于向闪存芯片供电；

软件部分

本项目的软件部分基于RT-Thread物联网操作系统，除了本项目开发的业务逻辑代码外，还使用了一些RT-Thread 内核API、一些RT-Thread软件包，以及一些三方组件，下面分别介绍。

主代码仓：https://gitee.com/swxu/e-calender.git

下载命令：git clone --recursive https://gitee.com/swxu/e-calender.git

部分组件通过git submodule引用了其他代码仓，具体见.gitmodules文件；

组件框图

软件各部分的组件框图如下：

业务代码

本项目开发的业务代码位于applications目录下，具体文件功能如下（大部分是.c和.h两个文件）：

amap_location_api 高德定位和搜狐IP查询API对接；
amap_weather_api 高德天气预报API对接；
chinese_date_api 农历查询API对接；
flash_init.c 闪存分区挂载（依赖RT-Thread内核的fatfs支持）；
http_api_utils http工具函数；
hzk16 HZK16汉字字体相关接口；
hzk16_data HZK16汉字字体数据；
hzk16_setup 将HZK16字体安装到闪存分区；
key_task 按键扫描任务；
kvdb 封装了FlashDB里面的KVDB，更容易使用；
main.c 程序入口；
network_task 网络任务，用于处理网络请求（由于UART串口传输速度较慢，查询较慢，所以单独放在一个任务里面执行）；
time_utils 时间处理工具函数；
ui_consts UI常量；
ui_draw UI绘制，界面绘制逻辑单独放在了这里面；
ui_task UI任务，调用ui_draw实现相关功能；

RT-Thread软件包

本项目使用到的RT-Thread软件包位于packages目录下：

bluetrum_sdk
- RT-Thread Studio创建项目时自带，包含了二进制的libhal.a；
at_device
- 提供ESP8266 AT命令构造和响应解析功能，实现联网；
- 修改：将所有sscanf都替换为atoi和strtol了（测试过程中间发现，每次send/recv会crash在sscanf里面）；
- 修改后代码仓：https://gitee.com/swxu/at_device.git
netutils
- 提供网络时间协议（NTP）的实现，实现从网络获取时间、设置时间；
webclient
- 提供了超文本传输协议（HTTP）客户端的实现，用于天气查询请求的发送和接收；
cJSON
- 一个轻量级的纯C实现的JSON字符串解析库，用于解析天气查询响应的JSON字符串；
FlashDB
- 一个嵌入式数据库，提供了键值数据库（KVDB）和时序数据库（TSDB）两类API，同时提供了一些msh的测试命令；
- 修改：开启了DEBUG日志，bench命令中的KV测试次数改为100
- 代码仓：https://gitee.com/swxu/FlashDB.git
fal
- 闪存抽象层，FlashDB依赖的软件包，提供了闪存操作的封装和抽象，同时提供了一些msh的测试命令；
- 修改：添加了w25q128的移植文件；
- 代码仓：https://gitee.com/swxu/fal.git
gbk2utf8
- GBK和UTF8互相转换，HTTP API返回的汉字是UTF8编码的；

其他三方软件包

本项目使用到的其他三方软件均来自外设模块供应商，代码放在board目录下，包括：

epaper
- 微雪墨水屏扩展板驱动软件包，来自微雪的E-Paper_Shield页面；
- 删除了无用的代码，包括不是4.2寸屏幕的代码、以及SD卡驱动；
- 修改了GPIO相关的代码，改为用RT-Thread的pin驱动接口；
- 修改了SPI相关的代码，改为用重新实现的bsp_spi接口；
- 添加了基于RT-Thread finsh的墨水屏测试程序（绘制棋盘格、全屏填充、输出引脚测试），可以在shell模式下通过命令调用执行；
w25qxx
- W25Q128 闪存驱动，来自微雪的W25QXX DataFlash Board页面；
- 修改了GPIO相关代码，改为使用RT-Thread的pin驱动接口；
- 修改了SPI相关代码，改为用重新实现的bsp_spi接口；
- 添加了基于RT-Thread msh的RAM测试程序（字模式、页模式、流模式），可以在shell模式下通过命令调用执行；
重新实现的bsp_spi.h和bsp_spi.c
- 硬件SPI初始化，使用了greedyhao大佬提供的代码，参考AB32VG1_DOC；
- SPI接收和发送，使用了Bluetrum技术群中的SDK_AB53XX_V061_20190103.zip里面的相关代码；
- greedyhao大佬提供的驱动，实现部分全部在libhal.a中，暂时不太好移植到RT-Thread驱动框架上；

效果展示

界面显示：

演示视频：基于AB32和RT-Thread的墨水屏日历_哔哩哔哩_bilibili

项目小结

目前实现的界面功能还比较基础，只绘制了一个月历的界面，后续可以添加日历、周历的界面；
目前WIFI热点名称和密码是通过env工具配置代码里面的Kconfig选型的，后续可以添加配网功能，参数配置可以考虑基于嵌入式HTTP服务器（例如webnet组件）开发，实现网页化配置，不用安装APP；
SPI驱动目前使用的不是RT-Thread驱动框架，这部分后续可以尝试实现一个基于RT-Thread硬件驱动（目前难点在于SPI初始化代码还没有可供参考的，寄存器文档上也没有SPI相关的说明），这部完成后，可以继续改进：
- 重写epaper驱动SPI相关代码；
- w25qxx驱动，直接使用RT-Thread的SFUD，直接配置即可；
- fal也不需要新增适配代码，直接配置即可；

注意事项

对于部分想要基于本项目进行二次开发的朋友，需要注意：

本项目代码仓使用了git submodule功能，用git clone --recursive https://gitee.com/swxu/e-calender.git才能下载全部代码，网页端下载的zip包不包含子模块，编译会失败；
本项目后期我是用scons命令编译的，RT-Thread Studio的工程文件.cproject，.project和.settings已经不是最新的了，不保证可以直接导入RT-Thread Studio成功，以及编译通过；
boards下的epaper和w25qxx目录里面的原始代码来自微雪电子（本人只对GPIO、SPI相关代码做了修改），版权归原作者所有，这里仅是学习用途，三方使用与本人无关；

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