疑似コンソール (C言語編)
2023.12.01
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
以前、pythonを用いてリングバッファ擬きの疑似コンソールを作成しました。
疑似コンソール
今回は、C言語によりリングバッファを実装し、TFT LCDを疑似コンソール化してみます。
●リングバッファ
File:Ring.buffer.svg - Wikimedia Commons
リングバッファは、予め記憶領域を確保して、読み出し位置と書き込み位置をずらしながら処理を行い、領域の終端に到達したら、領域の先頭に繋げ無限ループ的に利用する仕組みです。
ここでは、疑似コンソール・クラス Console を作成して、inoファイルで使用する例を用いて説明します。
#include "Console.h"
Console console;
void setup()
{
console.print("ABC", TFT_GREEN);
console.print("DEFGHI", TFT_YELLOW);
console.print("JKL" , TFT_GREEN);
console.print("MNOP", TFT_YELLOW);
}
void loop() {}
リングバッファのサイズは下記の通りです、
(色情報(COLOR565)2バイト+桁数+終端コード1バイト)×行数
2行5桁のLCDの場合、必要となるリングバッファのサイズは
(2+5+1)×2=16バイト
初回のconsole.print()関数呼び出しでは配列の先頭から、色情報2バイト、文字列、終端(NULLコード1バイトと埋めていきます。
LCD表示用データの範囲は配列の先頭から終端コードまでになります。
2回目の関数呼び出しでは、終端コードの次の位置からデータを埋めていきます。
ここで指定した文字列を表示するためには2行必要になるため、LCD表示用データの範囲もこれに合わせてシフトさせます。
3回目の関数呼び出しで単に終端コードに続けて埋めていってしまうとオーバーフローしてしまいます。
リングバッファとはいっても、円形に配列が繋がっているわけではありません。
配列の終端までデータが埋まった時点で、配列の先頭から続きのデータで上書きしていきます。
LCD表示データの開始位置は2回目に呼び出した際の文字列の途中からになるので、表示文字列の直前に色情報も付加します。
4回目の関数呼び出しも同様に処理していきます。
このような流れになるようにプログラム要件をまとめ、疑似コンソール・クラスにコードを記述しています。
ここにソースコードも記載しておきますが、まずはご自身で処理の流れを考えてコーディングしてみてください。
意外と面倒なことに気付くと思います。
下記のコードは、横240x縦320のディスプレイに表示フォントサイズ横12x縦16pxのフォントを使用した場合です。
実行環境に応じて、変更してください。
疑似コンソール・クラス Console
#include "Console.h"
Console::Console() {
tft.init(240, 320);
tft.setRotation(2);
tft.setTextSize(2); // 12px
tft.setTextWrap(false);
tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
width = tft.width();
height = tft.height();
cols = width / FONT_WIDTH;
rows = height / FONT_HEIGHT;
lines = 0;
stack = (uint8_t*)malloc(STACK_SIZE);
if (!stack) {
tft.setCursor(0, 0);
tft.setTextColor(TFT_RED);
tft.println("memory allocate failed!");
while(1);
} else {
from = stack;
to = stack;
memset(stack,'\0',sizeof(char)*(cols+1)*rows);
}
}
Console::~Console() {}
void Console::backlight(uint8_t pin, uint8_t val)
{
pinMode(pin,OUTPUT);
analogWrite(pin, 64); // 0 - 255
}
void Console::print(char *text, uint16_t color)
{
int skip, cnt, line;
uint16_t c;
uint8_t *pos;
uint8_t cH, cL;
char prn_buff[512];
boolean nullflag;
if (*text == 0x0) return;
// stack text to the ring buffer
*to = (uint8_t)(color>>8);
if ((to+1)<(stack+STACK_SIZE)) to++; else to = stack;
*to = (uint8_t)(color&0xff);
skip = 0;
cnt = 0;
while (1) {
if ((to+1)<(stack+STACK_SIZE)) to++; else to = stack;
*to = *text;
if (++cnt == cols) {
skip++;
cnt = 0;
}
if (*text == 0x0) {
if (cnt > 1) skip++;
break;
}
text++;
}
if ((to+1)<(stack+STACK_SIZE)) to++; else to = stack;
lines += skip;
if (lines > rows) {
skip = lines - rows;
lines = rows;
} else {
skip = 0;
}
// shift the display start position
while (skip > 0) {
cH = *from;
if ((from+1)<(stack+STACK_SIZE)) from++; else from=stack;
cL = *from;
if ((from+1)<(stack+STACK_SIZE)) from++; else from=stack;
nullflag = false;
while (skip > 0) {
if (nullflag) break;
cnt = 1;
while (1) {
if (*from == 0x0) {
if (cnt > 1) --skip;
if ((from+1)<(stack+STACK_SIZE)) from++; else from=stack;
nullflag = true;
break;
} else {
if (cnt == cols) {
if ((--skip) == 0) {
*from = cL;
if (from == stack) from = stack + STACK_SIZE - 1; else --from;
*from = cH;
break;
}
cnt = 0;
}
}
if ((from+1)<(stack+STACK_SIZE)) from++; else from=stack;
cnt++;
}
}
}
tft.fillScreen(ST77XX_BLACK);
line = 0;
pos = from;
while(1) {
c = *pos;
if ((pos+1)<(stack+STACK_SIZE)) pos++; else pos=stack;
c = (c<<8)&0xff00 + *pos;
if ((pos+1)<(stack+STACK_SIZE)) pos++; else pos=stack;
tft.setTextColor(c);
cnt = 1;
while (1) {
prn_buff[cnt-1] = *pos;
if (*pos == 0x0) {
if (cnt > 1) {
tft.setCursor(0, line*FONT_HEIGHT);
tft.print(prn_buff);
line++;
}
if ((pos+1)<(stack+STACK_SIZE)) pos++; else pos=stack;
break;
}
if (!(cnt%cols)) {
prn_buff[cnt] = 0x0;
tft.setCursor(0, line*FONT_HEIGHT);
tft.print(prn_buff);
line++;
cnt = 0;
}
if ((pos+1)<(stack+STACK_SIZE)) pos++; else pos=stack;
cnt++;
}
if (pos == to) break;
}
}
疑似コンソール・ヘッダーファイル
#ifndef __CONSOLE_H
#define __CONSOLE_H
#include <Adafruit_GFX.h> // Core graphics library
//#include <Adafruit_ST7735.h> // Hardware-specific library for ST7735
#include <Adafruit_ST7789.h> // Hardware-specific library for ST7789
#include <SPI.h>
#include "stdint.h"
#define TFT_CS A10
#define TFT_RST A11
#define TFT_DC A12
#define TFT_LIT A13
#define TFT_BLACK 0x0000 /* 0, 0, 0 */
#define TFT_NAVY 0x000F /* 0, 0, 128 */
#define TFT_DARKGREEN 0x03E0 /* 0, 128, 0 */
#define TFT_DARKCYAN 0x03EF /* 0, 128, 128 */
#define TFT_MAROON 0x7800 /* 128, 0, 0 */
#define TFT_PURPLE 0x780F /* 128, 0, 128 */
#define TFT_OLIVE 0x7BE0 /* 128, 128, 0 */
#define TFT_LIGHTGREY 0xC618 /* 192, 192, 192 */
#define TFT_DARKGREY 0x7BEF /* 128, 128, 128 */
#define TFT_BLUE 0x001F /* 0, 0, 255 */
#define TFT_GREEN 0x07E0 /* 0, 255, 0 */
#define TFT_CYAN 0x07FF /* 0, 255, 255 */
#define TFT_RED 0xF800 /* 255, 0, 0 */
#define TFT_MAGENTA 0xF81F /* 255, 0, 255 */
#define TFT_WHITE 0xFFFF /* 255, 255, 255 */
#define TFT_ORANGE 0xFDA0 /* 255, 180, 0 */
#define TFT_YELLOW 0xB7E0 /* 180, 255, 0 */
#define TFT_PINK 0xFC9F
#define TFT_AQUAMARINE 0x6675 /* 102,205,170 */
#define TFT_WHEAT 0xF756 /* 245,222,179 */
#define STACK_SIZE 512
#define FONT_WIDTH 12
#define FONT_HEIGHT 16
class Console
{
private:
uint8_t cols, rows, lines;
uint16_t width, height;
uint8_t *stack;
uint8_t *from, *to;
char prn_buff[256];
public:
Console();
~Console();
Adafruit_ST7789 tft = Adafruit_ST7789(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
void print(char *text, uint16_t color);
void backlight(uint8_t pin, uint8_t val);
};
#endif /*__CONSOLE_H*/
それでは、実際に動かしてみます。
●NodeMCU-32S / HiLetgo ESP-WROOM-32 ESP-32S WiFi + Bluetooth Dev Board
今回は激安で手に入れたNodeMCU-32Sを使いました。
使用するLCDの表示サイズに合わせて、メモリを確保できるマイコンボードを用意してください。
ESP32S-HiLetgo Dev Boad with Pinout Template
●2.0" 320x240 Color IPS TFT Display with microSD Card Breakoutd
表示に使用するフォントに横12ドット、縦16ドットを使用したので、このTFTを縦置きで使用した場合に、このTFTでは横20文字、縦20行になります。
ADA4311
3-5V / Vin - this is the power pin, connect to 3-5VDC - it has reverse polarity protection but try to wire it right!
3Vo - this is the 3.3V output from the onboard regulator
GND - this is the power and signal ground pin
SCK - this is the SPI clock input pin. Use 3-5V logic level
MISO - this is the SPI Microcontroller In Serial Out pin, it's used for the SD card. It isn't used for the TFT display which is write-only. It is 3.3V logic out (but can be read by 5V logic)
MOSI - this is the SPI Microcontroller Out Serial In pin, it is used to send data from the microcontroller to the SD card and/or TFT. Use 3-5V logic level
CS - this is the TFT SPI chip select pin. Use 3-5V logic level
RST - this is the TFT reset pin. Connect to ground to reset the TFT! It's best to have this pin controlled by the library so the display is reset cleanly, but you can also connect it to the Arduino Reset pin, which works for most cases. There is an automatic-reset chip connected so it will reset on power-up. Use 3-5V logic level
D/C - this is the TFT SPI data or command selector pin. Use 3-5V logic level
SD Card CS / SDCS - this is the SD card chip select, used if you want to read from the SD card. Use 3-5V logic level
BL - this is the PWM input for the backlight control. It is by default pulled high (backlight on) you can PWM at any frequency or pull down to turn the backlight off. Use 3-5V logic level
ST7789 | - | NodeMCU-32S | - | Raspberry Pi |
VIN | - | #1 3.3V | | |
GND | - | #38 GND | | |
SCK | - | #30 SCK | | |
MISO | - | #31 MISO | | |
MOSI | - | #37 MOSI | | |
CS | - | #26 (GPIO4) | | |
RESET | - | #25 (GPIO0) | | |
D/C | - | #24 (GPIO2) | | |
BACKLIGHT | - | #23 (GPIO15) | | |
| | USB | - | USB |
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
$ pio boards NodeMCU-32S
Platform: espressif32
==================================================================
ID MCU Frequency Flash RAM Name
------------ ------- --------- ----- ----- -----------------------
nodemcu-32s2 ESP32S2 240MHz 4MB 320KB Ai-Thinker NodeMCU-32S2
nodemcu-32s ESP32 240MHz 4MB 320KB NodeMCU-32S
プロジェクトの作成
$ mkdir -p ~/NodeMCU-32S/console
$ cd ~/NodeMCU-32S/console
$ pio init -b nodemcu-32s
$ pio run -t upload
●活用例
今回の疑似コンソールを作成するにあたり、テキストに色情報を付加した理由は、
2つのシリアルポートを使って、双方向通信の情報を識別して監視するのが目的でした。
●応用
リングバッファのサイズを大きくすると、表示履歴を遡るようにすることも可能です。
|
Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
Arduinoで学ぶ組込みシステム入門(第2版)
●Arduinoを使って組込みシステム開発を理解する
・ハードウェアやソフトウェアなどの基礎知識/
・設計から実装までを系統的に説明するモデルベース開発/
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1.システム構築をインフラから始めるには/
2.ネットワークを構築する/
3.サーバーを構築する/
4.Webサーバーソフトをインストールする/
5.HTTPの動きを確認する/
6.プライベートサブネットを構築する/
7.NATを構築する/
8.DBを用いたブログシステムの構築/
9.TCP/IPによる通信の仕組みを理解する
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学生時代から独学でプログラミングをはじめ、企業内でデバイスドライバを開発し、そして独立後もたくさんのアプリケーション開発や技術書制作に携わってきた著者。その筆者が大事に使い続ける「C言語」の“昔と今”について、気づいたことや役立つ知識、使ってきたツールなどについて、これまで記してきたことを整理してまとめました。
本書では、現役プログラマーだけでなく、これからプログラミングを学ぶ学生などにも有益な情報やノウハウを、筆者の経験を元に紹介しています。
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【特集 3】 新しいRaspberry Pi Cameraで遊んでみよう
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ポチらせる文章術
販売サイト・ネット広告・メルマガ・ブログ・ホームページ・SNS…
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カリスマコピーライターが教える「見てもらう」「買ってもらう」「共感してもらう」すべてに効くネット文章術
プログラマーは世界をどう見ているのか 西村博之著
イーロン・マスク(テスラ)、ジェフ・べゾス(Amazon)、ラリー・ペイジ(Google)…etc.
世界のトップはなぜプログラマーなのか?
ニーア オートマタ PLAY ARTS改 <ヨルハ 二号 B型 DX版> PVC製 塗装済み可動フィギュア
「NieR:Automata」より、ヨルハ二号B型こと2BがPLAY ARTS改に新たに登場!
高級感の感じられるコスチュームや髪の質感、洗練されたボディバランス、細かなデティールに至るまでこだわり抜かれた逸品。
DX版には通常版のラインナップに加え2Bの随行支援ユニット ポッド042などをはじめ“純白の美しい太刀"白の約定やエフェクトパーツ、自爆モードを再現できる換装用ボディパーツ、シーンに合わせて変えられる顔パーツ2種も付属する豪華な仕様に。
作中のあらゆるシーンを再現することが可能なファン必見の一品となっている。
Newtonライト2.0 ベイズ統計
ベイズ統計は,結果から原因を推定する統計学です。AIや医療などの幅広い分野で応用されています。その基礎となるのは18世紀に考えだされた「ベイズの定理」です。
この本では,ベイズ統計学のきほんをやさしく紹介していきます。
白光(HAKKO) ダイヤル式温度制御はんだ吸取器 ハンディタイプ FR301-81
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ケイバ(KEIBA) マイクロニッパー MN-A04
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白光(HAKKO) HEXSOL 巻はんだ 精密プリント基板用 150g FS402-02
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