NUC1263 LLSIClock開發筆記：運用指標提高LLSI Frame Buffer的可讀性、易用性

LLSI設計時大概是考量到系統整體效能，資料是以32-bit的寬度寫入LLSI FIFO的。因此最直接的方式就是將frame buffer宣告成32-bit的陣列，這個方式拿來點四色”ARGBW” LED時倒是沒什麼問題。但是當我試著用LLSI點亮三色ARGB七段顯示器的時候就有發現，1個顏色8-bit，1顆ARGB LED 3個顏色總共24-bit，資料的排列順序會就變成下面這樣 … 

(第一行的註解是指第幾顆LED)

  1. //                                 2nd   1st     3rd  2nd    4th  3rd  6th    5th
  2. uint32_t g_au32frameBuffer[6] = {0xRRBBGGRR, 0xGGRRBBGG, 0xBBGGRRBB, 0xRRBBGGRR ...}

光用看的是不是就很頭大? 再想到之後要去個別調整每一顆ARGB LED的色彩、亮度，頭就更大了。這也讓我開始思考，有沒有辦法將陣列宣告成8-bit，然後以32-bit的格式來讀取8-bit陣列，寫入LLSI的FIFO。

完整程式碼一樣可以看留言區或是GitHub

https://github.com/danchouzhou/LLSIClock/blob/main/firmware/LLSI_RGB/main.c

從32-bit陣列轉變成8-bit陣列

陣列如果變成這樣讓g_au8frameBuffer[0]~[2]，儲存第1顆ARGB LED的R, G, B；g_au8frameBuffer[3]~[5]，儲存第2顆ARGB LED的R, G, B，以此類推，是不是直觀許多呢?

  1. volatile uint8_t g_au8frameBuffer[24] = {
  2. //    R     G     B
  3.     0x80, 0x00, 0x00, // Red
  4.     0x80, 0x20, 0x00, // Orange
  5.     0x40, 0x40, 0x00, // Yellow
  6.     0x00, 0x80, 0x00, // Green
  7.     0x00, 0x00, 0xFF, // Blue
  8.     0x00, 0x40, 0x80, // Indigo
  9.     0x80, 0x00, 0xFF, // Violet
  10.     0x80, 0x80, 0x80  // White
  11. };

讀出4-byte存入LLSI的FIFO

當然，我們可以像下面這樣讀取陣列四次，然後透過移位的方式湊成32-bit的資料，再寫入LLSI的FIFO，但要做很多運算，這顯然不是個好方法。

  1. uint32_t u32data;
  2. u32data = g_au8frameBuffer[0];
  3. u32data |= g_au8frameBuffer[1] << 8;
  4. u32data |= g_au8frameBuffer[2] << 16;
  5. u32data |= g_au8frameBuffer[3] << 24;
  6. LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, u32data);

好的方法：運用指標直接以32-bit的格式讀取8-bit陣列

既然NUC1263的Cortex-M23是32位元的處理器，我們就要好好善用它。

C的陣列若不加索引值，可以得到陣列起始的記憶體位址。所以如果只打g_au8frameBuffer可以得到一個8-bit指標；前面加上(uint32_t *)，即可將8-bit指標轉換為32-bit指標。

  1. (uint32_t *)g_au8frameBuffer

指標中儲存的是記憶體位址，要存取指標指向的記憶體位址中儲存的值，得在前面加上一個星號*來解指標(dereference)，如此以來就能直接以32-bit的格式存取陣列。

  1. *((uint32_t *)g_au8frameBuffer)

向LLSI寫入指標指向的32-bit資料

傳送完畢以後，我們就要將記憶體位址指向下一組資料，所以要從陣列的起始點加上g_u32DataCount++。

  1. /* Write the first word to trigger TXTH_INT */
  2. LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, *((uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount++));

如果不好懂的話，這一行其實可以分解成這樣：

  1. LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, *((uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount));
  2. g_u32DataCount++;

接著就是在中斷服務程式把陣列剩餘的資料傳送完，一樣可以看到上面那行的蹤跡：

  1. void LLSI0_IRQHandler()
  2. {
  3.     if (LLSI_GetIntFlag(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK))
  4.     {
  5.         while(LLSI_GET_TX_FIFO_FULL_FLAG(LLSI0) == 0) // Fill up the TX FIFO
  6.         {
  7.             if (g_u32DataCount == (TEST_COUNT - 1))
  8.                 LLSI_SET_LAST_DATA(LLSI0); // Before writing last word data to LLSI_DATA, user must write LDT = 1
  9.             
  10.             if (g_u32DataCount < TEST_COUNT)
  11.                 LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, *((uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount++));
  12.             else
  13.                 break;
  14.         }
  15.  
  16.         if(g_u32DataCount >= TEST_COUNT)
  17.         {
  18.             LLSI_DisableInt(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK);
  19.         }
  20.     }
  21.  
  22.     if (LLSI_GetIntFlag(LLSI0, LLSI_FEND_INT_MASK)) // FENDIF will be set to 1 when LLSI transfer last pixel data.
  23.     {
  24.         g_u32FrameEnd = 1;
  25.         LLSI_ClearIntFlag(LLSI0, LLSI_FEND_INT_MASK);
  26.     }
  27. }

更新資料時一樣是等待Frame End Interrupt後再進行。本範例是將彩虹顏色分別點亮七段顯示器的每一顆LED，每次更新是把顏色會往後移動一顆，也就是每一段會輪流顯示一種顏色。我用了一個雙層迴圈，裡面那一層一次移動1個byte，由於1顆ARGB LED共3色(3個byte)，所以再靠外面那層重複三次，才能完整移動1顆ARGB LED的色彩。

  1. if (g_u32FrameEnd == 1)  // Wait for FEND_INT
  2. {
  3.     for (int i=0; i<3 for="" i="" int="" j="" u8tmp="g_au8frameBuffer[23];">0; j--)
  4.             g_au8frameBuffer[j] = g_au8frameBuffer[j-1];
  5.         
  6.         g_au8frameBuffer[0] = u8Tmp;
  7.     }
  8.  
  9.     g_u32FrameEnd = 0;
  10.     g_u32DataCount = 0;
  11.  
  12.     LLSI_EnableInt(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK);
  13.     
  14.     CLK_SysTickLongDelay(500000);
  15. }


成果影片

最後盡可能簡短提一下技術細節：為什麼用指標可以從8-bit陣列讀出32-bit的資料? 

這要從資料是如何儲存在記憶體中，以及陣列是如何儲存在記憶體講起了。

端序

記憶體通常以位元組(byte)為單位組成，每一個位址(Address)會對應一個byte的資料，事實上C的指標就是在紀錄這邊所提的記憶體位址。

那麼uint32_t的變數是如何儲存在記憶體當中的? 這就要了解「端序 (Endianness)」。

https://en.wikipedia.org/wiki/Endianness

所謂「端序」就是指記憶體的起始位址要從高位元組或是從低位元組開始存放，請參考維基百科上由Aeroid發表容易理解的圖片。不過注意喔，每一個位元組的MSB, LSB的順序則是不改變的。

Arm的處理器IP可以選擇big-endian (BE) 或是little-endian (LE)，不過現今主流的習慣是little-endian，可以參考以下文獻。

“ARM cores support both modes, but are most commonly used in, and typically default to little-endian mode.”

https://developer.arm.com/documentation/den0013/latest/Porting/Endianness

新唐的MCU也不例外，採用的是little-endian data format，這在手冊中也有註明。（程式記憶體、資料記憶體、中斷向量表通常都會採用相同的little-endian格式）

陣列

在C語言中，陣列在記憶體中會被存放在一塊連續的記憶體區域中，也就是宣告一個陣列後，陣列中的每一個元素會依序排列在連續的記憶體位址，且每一個元素佔用相同大小的記憶體空間。

指標

在Address Bus為32-bit的系統中，無論將指標宣告為uint8_t *、uint16_t *或是uint32_t *，實際上指標儲存的都是一個32-bit的位址，差別在於操作指標時要以幾個byte為單位，例如指標+1要加幾個位址，或是dereference要讀取的位元組數量。本篇範例是32-bit指標(uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount，g_u32DataCount如果是1，實際上位址會是+4（因為32-bit資料由4-byte組成），且dereference一次會讀取4-byte。

所以8-bit陣列若以32-bit指標來存取，綜合前述「little-endian data format」、「陣列在記憶體中會被存放在一塊連續的記憶體區域中」，dereference後的排列順序就會變成這樣，是不是就恢復LLSI所需的32-bit格式了呢?

備註：如果是8051，雖然它是8-bit處理器，不過Address Bus為16-bit，指標儲存的就會是個16-bit的位址。

結論

了解陣列在記憶體中的儲存方式並善用指標，甚至可以用二維陣列或是C的結構，來定義ARGB LED的資料結構，使LLSI韌體開發更加直觀！本篇點到為止，剩下期待讀者們分享您們運用的方式囉！

完整程式碼：
  1. #include <stdio.h>
  2. #include "NuMicro.h"
  3.  
  4. #define HCLK_CLK    72000000
  5. #define TEST_COUNT  6
  6.  
  7. //                         2nd   1st
  8. // 32-bit color format is 0xRRBBGGRR for the ELSS-4X6RGBWA/T2/S290-C
  9. volatile uint8_t g_au8frameBuffer[24] = {
  10.     0x80, 0x00, 0x00, // Red
  11.     0x80, 0x20, 0x00, // Orange
  12.     0x40, 0x40, 0x00, // Yellow
  13.     0x00, 0x80, 0x00, // Green
  14.     0x00, 0x00, 0xFF, // Blue
  15.     0x00, 0x40, 0x80, // Indigo
  16.     0x80, 0x00, 0xFF, // Violet
  17.     0x80, 0x80, 0x80  // White
  18. };
  19. volatile uint32_t g_u32DataCount = 0;
  20. volatile uint32_t g_u32FrameEnd = 0;
  21.  
  22. void LLSI0_IRQHandler()
  23. {
  24.     if (LLSI_GetIntFlag(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK))
  25.     {
  26.         while(LLSI_GET_TX_FIFO_FULL_FLAG(LLSI0) == 0) // Fill up the TX FIFO
  27.         {
  28.             if (g_u32DataCount == (TEST_COUNT - 1))
  29.                 LLSI_SET_LAST_DATA(LLSI0); // Before writing last word data to LLSI_DATA, user must write LDT = 1
  30.             
  31.             if (g_u32DataCount < TEST_COUNT)
  32.                 LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, *((uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount++));
  33.             else
  34.                 break;
  35.         }
  36.  
  37.         if(g_u32DataCount >= TEST_COUNT)
  38.         {
  39.             LLSI_DisableInt(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK);
  40.         }
  41.     }
  42.  
  43.     if (LLSI_GetIntFlag(LLSI0, LLSI_FEND_INT_MASK)) // FENDIF will be set to 1 when LLSI transfer last pixel data.
  44.     {
  45.         g_u32FrameEnd = 1;
  46.         LLSI_ClearIntFlag(LLSI0, LLSI_FEND_INT_MASK);
  47.     }
  48. }
  49.  
  50. void SYS_Init(void)
  51. {
  52.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  53.     /* Init System Clock                                                                                       */
  54.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  55.     /* Enable HIRC clock */
  56.     CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HIRCEN_Msk);
  57.  
  58.     /* Wait for HIRC clock ready */
  59.     CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HIRCSTB_Msk);
  60.  
  61.     /* Set core clock to HCLK_CLK Hz */
  62.     CLK_SetCoreClock(HCLK_CLK);
  63.  
  64.     /* Enable UART0 module clock */
  65.     CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE);
  66.  
  67.     /* Select UART0 module clock source as HIRC/2 and UART0 module clock divider as 1 */
  68.     CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL1_UART0SEL_HIRC_DIV2, CLK_CLKDIV0_UART0(1));
  69.  
  70.     /* Enable LLSI0 module clock */
  71.     CLK_EnableModuleClock(LLSI0_MODULE);
  72.  
  73.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  74.     /* Init I/O Multi-function                                                                                 */
  75.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  76.     /* Set PB multi-function pins for UART0 RXD and TXD */
  77.     SYS->GPB_MFPH = (SYS->GPB_MFPH & (~(UART0_RXD_PB12_Msk | UART0_TXD_PB13_Msk))) | UART0_RXD_PB12 | UART0_TXD_PB13;
  78.  
  79.     /* Set PC multi-function pins for LLSI0 */
  80.     SET_LLSI0_OUT_PC5();
  81. }
  82.  
  83. void UART0_Init()
  84. {
  85.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  86.     /* Init UART                                                                                               */
  87.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  88.     /* Reset UART0 module */
  89.     SYS_ResetModule(UART0_RST);
  90.  
  91.     /* Configure UART0 and set UART0 Baudrate */
  92.     UART_Open(UART0, 115200);
  93. }
  94.  
  95. void LLSI_Init(void)
  96. {
  97.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  98.     /* Init LLSI                                                                                               */
  99.     /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
  100.     /* Configure as software mode, RGB output format, 8 pixels in a frame and idle output low */
  101.     /* Set clock divider. LLSI clock rate = 72MHz */
  102.     /* Set data transfer period. T_Period = 1250ns */
  103.     /* Set duty period. T_T0H = 400ns; T_T1H = 850ns */
  104.     /* Set reset command period. T_ResetPeriod = 50000ns */
  105.     LLSI_Open(LLSI0, LLSI_MODE_SW, LLSI_FORMAT_RGB, HCLK_CLK, 1250, 400, 850, 50000, 8, LLSI_IDLE_LOW);
  106.  
  107.     /* Set TX FIFO threshold */
  108.     LLSI_SetFIFO(LLSI0, 2);
  109.  
  110.     /* Enable reset command function */
  111.     LLSI_ENABLE_RESET_COMMAND(LLSI0);
  112.  
  113.     NVIC_EnableIRQ(LLSI0_IRQn);
  114. }
  115.  
  116. void main(void)
  117. {
  118.     uint8_t u8Tmp;
  119.     
  120.     /* Unlock protected registers */
  121.     SYS_UnlockReg();
  122.  
  123.     /* Init System, IP clock and multi-function I/O. */
  124.     SYS_Init();
  125.  
  126.     /* Lock protected registers */
  127.     SYS_LockReg();
  128.  
  129.     /* Init UART0 for printf */
  130.     UART_Open(UART0, 115200);
  131.  
  132.     printf("\n\nCPU @ %d Hz\n", SystemCoreClock);
  133.  
  134.     /* Init LLSI */
  135.     LLSI_Init();
  136.  
  137.     /* Enable Transmit FIFO Threshold Interrupt and Frame End Interrupt */
  138.     LLSI_EnableInt(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK | LLSI_FEND_INT_MASK);
  139.  
  140.     /* Write the first word to trigger TXTH_INT */
  141.     LLSI_WRITE_DATA(LLSI0, *((uint32_t *)g_au8frameBuffer + g_u32DataCount++));
  142.  
  143.     while(1)
  144.     {
  145.         if (g_u32FrameEnd == 1)  // Wait for FEND_INT
  146.         {
  147.             for (int i=0; i<3; i++)
  148.             {
  149.                 u8Tmp = g_au8frameBuffer[23];
  150.  
  151.                 for (int j=23; j>0; j--)
  152.                     g_au8frameBuffer[j] = g_au8frameBuffer[j-1];
  153.                 
  154.                 g_au8frameBuffer[0] = u8Tmp;
  155.             }
  156.  
  157.             g_u32FrameEnd = 0;
  158.             g_u32DataCount = 0;
  159.  
  160.             LLSI_EnableInt(LLSI0, LLSI_TXTH_INT_MASK);
  161.             
  162.             CLK_SysTickLongDelay(500000);
  163.         }
  164.     }
  165. }
  166.  


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關於新唐科技NuMicro ISP的介紹和使用方式

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2025.03.07 更新 新貼出了一篇文章，內容、操作步驟比較完整，敬請參考。 不用燒錄器也能更新韌體 - In-System Programming (ISP) 、 NuMicro ISP Programming Tool 目前新唐科技主流的幾款微控制器均支援ICP、ISP及IAP三種燒錄方式，本文主要介紹NuMicro ISP的使用方式並實作。在這之前讓我們先來了解以上三種燒錄方式的差異，但不同的微控制器設計製造商可能對這些名詞有不同的定義。 ICP全稱為"In circuit programming"中文為"在電路上燒錄程式"，意思上就是該單晶片可以在工作電壓之下直接進行燒錄。早期的單晶片的程式記憶體為EPROM，更新程式前必須從電路中拔下來以紫外線清洗機將舊有的程式給清除乾淨，再插上燒錄器燒上新的程式。新一點的單晶片(如89C51)內部的程式記憶體為EEPROM，抹除及燒錄需使用12V高壓來進行，雖然可透過電氣的方式抹除舊有的程式並燒錄，但工作電壓5V依然需將其從電路中拔下來。這兩種燒錄方式在開發上都會造成不方便。而近期所出的單晶片則使用Flash Memory作為程式記憶體，能夠在工作電壓下直接進行讀寫、抹除故稱為"In circuit programming"。 ISP全稱為"In system programming"中文為"在系統上燒錄程式"，此種燒錄方式是透過微控制器內部的程式對該程式以外的記憶體進行更新，通常會將一段更新用的程式碼放在程式記憶體的開頭或者特定的區塊，我們稱作為Bootloader。以新唐的微控制器舉例，記憶體主要分為LDROM和APROM，LDROM容量不大通常只有4KB，只擺一支小程式讀取UART、USB或其他通訊界面傳進來的的資料，並將這些資料存入APROM以達到更新的目的。所以這種燒錄方式只要在第一次透過燒錄器將Bootloader存入LDROM，往後使用者若要更新程式只要透過UART或者USB即可，無須再使用燒錄器。這個做法就跟Arduino UNO一樣透過Bootloader從UART進行軟體的更新。 #題外話 講到在這邊跟大家分享，我一位教微控制器實習的大學老師，自己設計了一塊課堂要使用的8051開發...
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科風 BNT-1000AP 黑武士系列不斷電系統開箱拆解、簡易評測及經驗分享

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八月中才買一台科風的BNT-500A，8/31家人在一旁使用吹風機的時候BNT-500A突然開始叫，應該是過載警示。推測原因應該是使用吹風機使得市電電壓下降，我這邊個人電腦的Power電流需求變高。接著我按下測試按鈕或者是拔除市電都是直接關機，測了兩台電腦都一樣完全沒有備援電力。於是隔天9/1就拿去送修了。隔了一個週末9/4星期一就通知維修完畢後就去取件。測試報告中寫著"R65"有做更換，工程說是一顆負載偵測的電阻。 回家後插上我的個人電腦照樣無備援電力，而上週測試的另一台電腦則可以正常運作。我的個人電腦也不是多高端的電腦實際測量在140W以內，而BNT-500A規格上是寫500VA/300W，還用不到一半的輸出功率。然後送修回來保固封條已經被原廠拆封沒貼新的上去，於是就自己拆開探個究竟。 實際測量時，把電瓶拆除拿可調電源供應器調整在13.5V接在連接電池的端子上然後開機，接著慢慢把電壓調整下來，約在11.5V時蜂鳴器開始叫低電壓警示、10.8V則關機來保護電池。再來把電腦接在輸出端上並把電瓶歸位把UPS開機，然後拿電表測量電池兩端的電壓在電腦未開機的情況下約是12.9V，而開機的一瞬間掉到10.5V然後UPS就直接關機了。 由上述實驗可以推論，電路或許是可以達到500VA/300W的輸出功率，但電池不給力無法在更高的負載放出足夠的電流，導致電壓下降到10.8V以下而進入放電保護直接關機。 >>解決方案 1.買一顆好一點的電池: 原廠所附的電池是廣隆WP4.5-12，可以考慮換一顆湯淺的看看 2.買一顆新的、輸出功率大一點的UPS: 輸出功率大，內部的電池容量也會比較大 我選擇了後者。買一顆品質好一點的電池或許能夠解決，但長久下來電池老化終究還是會發生一樣的問題，反而增加維護的時間，停電時無法正常供應電力的機會也增加了，不如買一顆功率大一點的UPS，電池容量也大，能夠釋放的電流相對也會比較寬裕。 我基於愛台灣的精神還是選擇科風，再來也親自送修過一次日後有問題要送修也比較不麻煩。我能買到1000VA的款式有科風黑武士系列BNT-1000AP及科風勇士系列WAR-1000AP，其特點如下 BNT-1000AP, PChome 3290元, 兩顆電池、鐵殼、RS-232通訊、標準3PIN可拆卸的電腦電源線 WAR...
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