瑞芯微RK3568適配1.8英寸ST7735S SPI屏幕教程

原創 2025-11-03 17:12:00 rk3568

在工業 HMI、便攜檢測等場景中，“小屏大作”已成為剛需。傳統方案往往存在性能不足或擴展復雜的問題，而飛凌嵌入式 OK3568-C 開發板（搭載 RK3568 四核 A55 2.0GHz 處理器）憑借原生 3 路 SPI、84 路 GPIO 及開源 Linux 5.10 SDK，讓“點亮一塊 SPI 屏幕”如同“喝杯咖啡般輕松便捷”。本文以 1.8 英寸 ST7735S 彩屏為例，手把手帶您從 0 到 1 完成適配，全程僅需 15 分鐘。

1. 硬件準備
2. 引腳連接
3. 設備樹配置
4. 驅動開發
5. 編譯測試

一、OK3568-C 開發板亮點速覽

處理器性能
RK3568 四核 Cortex-A55 架構，搭配 Mali-G52-2EE GPU，1TOPS NPU，主頻高達 2.0GHz
支持 RGB、LVDS、MIPI DSI、HDMI、eDP，并可擴展軟件 SPI/QSPI 屏幕
外設接口
3 路 SPI（最高速率 50MHz）、6 路 UART、2 路 CAN、2 路千兆以太網、PCIe 3.0
系統支持
Linux4.19/5.10、Android11、Ubuntu20.04/22.04、Debian11、OpenHarmony4.1等
可靠性認證
通過 CE/FCC/ROHS 認證，工業級寬溫設計（-40℃~+85℃）

二、硬件基礎信息

1、屏幕參數

  • 驅動芯片：ST7735S
  • 分辨率：128×160，支持 26 萬色、65K 色（16-bit RGB565 格式）
  • 接口類型：4 線 SPI（包含 CS/DC/RES/SCL/SDA 引腳），背光 BL 獨立控制
  • 工作電壓：3.3V（VCC引腳，不可接5V）
  • 通信速率：最高支持 50MHz SPI 時鐘
1.8英寸ST7735S屏幕接口示意圖

圖1：1.8英寸ST7735S RGB TFT LCD屏幕接口引腳定義

2、硬件連接方案

屏幕引腳與 OK3568 的連接關系需嚴格對應，確保 SPI 通信與 GPIO 控制正常，連接表如下：

屏幕引腳 連接目標（OK3568） 功能說明 注意事項
VCC 3.3V 電源 為屏幕提供工作電壓 必須接3.3V，不可接5V，避免燒毀屏幕
GND GND 電源共地，確保電壓穩定性 必須可靠接地，否則可能出現顯示異常
BL 3.3V 電源 屏幕背光控制 軟件未配置時直接接3.3V實現背光常亮
CS spi0_cs0 SPI0 片選0引腳 低電平時選中當前SPI從設備
DC GPIO3_A2 數據/命令控制引腳 高電平傳輸數據，低電平傳輸命令
RES GPIO3_B3 屏幕復位引腳 上電后需拉低復位，復位完成后拉高
SCL spi0_clk SPI0 時鐘引腳 提供SPI同步通信時鐘，最高50MHz
SDA spi0_mosi SPI0 主發從收引腳 傳輸SPI命令與顯示數據
重要操作提醒：
  1. 接線前必須斷開 OK3568 開發板電源，嚴禁帶電接線！
  2. 接線完成后需反復核對引腳對應關系，確認無誤后再上電
  3. VCC引腳務必接3.3V，接5V會直接燒毀ST7735S芯片
  4. 所有GND引腳需可靠連接，避免出現供電不穩導致的顯示異常

三、設備樹配置

設備樹用于向內核描述 SPI0 與屏幕的硬件資源，需在 OK3568 設備樹中添加以下配置：

&spi0 {
    pinctrl-names = "default", "high_speed";
    pinctrl-0 = <&spi0m1_cs0 &spi0m1_pins>;
    pinctrl-1 = <&spi0m1_cs0 &spi0m1_pins_hs>;
    status = "okay";

    spi@0 {
        compatible = "sitronix,st7735r";
        reg = <0>;
        dc-gpios =  <&gpio3 RK_PA2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        reset-gpios = <&gpio3 RK_PB3 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        spi-max-frequency = <50000000>;
        rotation = <0>;
    };
}
配置關鍵說明：
  • compatible：必須設置為 "sitronix,st7735r"，與內核驅動的兼容性字段匹配，ST7735S兼容ST7735R驅動
  • dc-gpios/reset-gpios：RK_PA2對應硬件連接的GPIO3_A2，RK_PB3對應GPIO3_B3，需與實際接線一致
  • spi-max-frequency：設置為50000000（50MHz），不可超過ST7735S支持的最大速率
  • rotation：可根據實際需求設置旋轉角度，支持0°、90°、180°、270°四個方向
  • bgr：若屏幕顯示顏色異常（如紅色變藍色），可添加或刪除該屬性調整顏色格式

四、內核驅動配置與開發

需開啟內核 Framebuffer 相關配置，并添加 ST7735S 驅動代碼，實現屏幕初始化與顯示控制。推薦使用內核自帶的 FB_TFT 框架，無需從零開發驅動。

1、內核配置使能

通過make menuconfig進入內核配置界面，開啟以下選項（路徑：Device Drivers → Graphics support → Frame buffer Devices）：

  • CONFIG_FB_TFT=y：使能 FB_TFT 框架（基礎顯示框架，必須開啟）
  • CONFIG_FB_TFT_ST7735R=y：使能 ST7735R 驅動（兼容 ST7735S，必須開啟）
  • CONFIG_DRM_TINYDRM=y：使能 TinyDRM 框架（可選，用于DRM顯示架構）
  • CONFIG_TINYDRM_ST7735R=y：使能 TinyDRM 下的 ST7735R 驅動（可選）
配置注意事項：
  • 配置完成后需保存配置文件（.config），避免下次編譯丟失配置
  • 重新編譯內核與設備樹：make -j$(nproc) zImage dtbs modules（根據CPU核心數調整-j參數）
  • 編譯完成后生成的內核鏡像在arch/arm64/boot/zImage，設備樹在arch/arm64/boot/dts/rockchip/目錄下
  • 需將新編譯的內核鏡像、設備樹文件燒錄到開發板，確保配置生效

2、完整驅動代碼（fb_st7735r.c）

以下是基于 Framebuffer 框架的 ST7735S 完整驅動代碼，可直接放入內核源碼目錄drivers/video/fbdev/fbtft/下，或使用內核自帶驅動（Linux 5.10 已內置該驅動）：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
/*
 * FB driver for the ST7735R LCD Controller
 *
 * Copyright (C) 2013 Noralf Tronnes
 */

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <video/mipi_display.h>

#include "fbtft.h"

#define DRVNAME "fb_st7735r"
#define DEFAULT_GAMMA   "0F 1A 0F 18 2F 28 20 22 1F 1B 23 37 00 07 02 10\n" \
            "0F 1B 0F 17 33 2C 29 2E 30 30 39 3F 00 07 03 10"

static const s16 default_init_sequence[] = {
    -1, MIPI_DCS_SOFT_RESET,           // 發送軟復位命令
    -2, 10,                             // 延遲 10 毫秒

    -1, MIPI_DCS_EXIT_SLEEP_MODE,      // 退出睡眠模式
    -2, 120,                            // 延遲 120 毫秒

    -1, 0x11,                           // 發送命令 0x11
    -2, 120,                            // 延遲 120 毫秒

    -1, 0xB1, 0x01, 0x2C, 0x2D,       // 設置幀率控制參數
    -1, 0xB2, 0x01, 0x2C, 0x2D,       // 設置空閑模式幀率控制參數
    -1, 0xB3, 0x01, 0x2C, 0x2D, 0x01, 0x2C, 0x2D, // 設置部分模式幀率控制

    -1, 0xB4, 0x07,                   // 設置反轉模式為“無反轉”

    -1, 0xC0, 0xA2, 0x02, 0x84,       // 設置電源控制參數
    -1, 0xC1, 0xC5,                   // 設置 VGH25、VGSEL 等電源控制參數
    -1, 0xC2, 0x0A, 0x00,             // 設置電源控制參數
    -1, 0xC3, 0x8A, 0x2A,             // 設置電源控制參數
    -1, 0xC4, 0x8A, 0xEE,             // 設置電源控制參數
    -1, 0xC5, 0x0E,                   // 設置電源控制參數

    -1, 0x36, 0xC0,                   // 設置顯示方向

    -1, 0xE0, 0x0F, 0x1A, 0x0F, 0x18, 0x2F, 0x28, 0x20, 0x22, 0x1F, 0x1B, 0x23, 0x37, 0x00, 0x07, 0x02, 0x10, // 設置 Gamma 調整
    -1, 0xE1, 0x0F, 0x1B, 0x0F, 0x17, 0x33, 0x2C, 0x29, 0x2E, 0x30, 0x30, 0x39, 0x3F, 0x00, 0x07, 0x03, 0x10, // 設置 Gamma 調整

    -1, 0x2A, 0x00, 0x02, 0x00, 0x82, // 設置列地址范圍
    -1, 0x2B, 0x00, 0x03, 0x00, 0x83, // 設置行地址范圍

    -1, 0xF0, 0x01,                   // 設置一些特殊參數
    -1, 0xF6, 0x00,                   // 設置一些特殊參數

    -1, 0x2A, 0x00, 0x02, 0x00, 0x82, // 設置列地址范圍
    -1, 0x2B, 0x00, 0x01, 0x00, 0xa1, // 設置行地址范圍

    -1, 0x3A, 0x05,                   // 設置像素格式
    -1, 0x29,                           // 打開顯示

    -3                                 // 結束標記
};

static void set_addr_win(struct fbtft_par *par, int xs, int ys, int xe, int ye)
{
    printk("set_addr_win:%d,%d,%d,%d\r\n",xs,ys,xe,ye);
    xs=2;xe=127+2;ys=1;ye=159+1;
    write_reg(par, MIPI_DCS_SET_COLUMN_ADDRESS,
          xs >> 8, xs & 0xFF, xe >> 8, xe & 0xFF);

    write_reg(par, MIPI_DCS_SET_PAGE_ADDRESS,
          ys >> 8, ys & 0xFF, ye >> 8, ye & 0xFF);

    write_reg(par, MIPI_DCS_WRITE_MEMORY_START);
}

#define MY BIT(7)
#define MX BIT(6)
#define MV BIT(5)
static int set_var(struct fbtft_par *par)
{
    /* MADCTL - Memory data access control
     * RGB/BGR:
     * 1. Mode selection pin SRGB
     *    RGB H/W pin for color filter setting: 0=RGB, 1=BGR
     * 2. MADCTL RGB bit
     *    RGB-BGR ORDER color filter panel: 0=RGB, 1=BGR
     */
    switch (par->info->var.rotate) {
    case 0:
        write_reg(par, MIPI_DCS_SET_ADDRESS_MODE,
              MX | MY | (par->bgr << 3));
        break;
    case 270:
        write_reg(par, MIPI_DCS_SET_ADDRESS_MODE,
              MY | MV | (par->bgr << 3));
        break;
    case 180:
        write_reg(par, MIPI_DCS_SET_ADDRESS_MODE,
              par->bgr << 3);
        break;
    case 90:
        write_reg(par, MIPI_DCS_SET_ADDRESS_MODE,
              MX | MV | (par->bgr << 3));
        break;
    }

    return 0;
}

/*
 * Gamma string format:
 * VRF0P VOS0P PK0P PK1P PK2P PK3P PK4P PK5P PK6P PK7P PK8P PK9P SELV0P SELV1P SELV62P SELV63P
 * VRF0N VOS0N PK0N PK1N PK2N PK3N PK4N PK5N PK6N PK7N PK8N PK9N SELV0N SELV1N SELV62N SELV63N
 */
#define CURVE(num, idx)  curves[(num) * par->gamma.num_values + (idx)]
static int set_gamma(struct fbtft_par *par, u32 *curves)
{
    int i, j;

    /* apply mask */
    for (i = 0; i < par->gamma.num_curves; i++)
        for (j = 0; j < par->gamma.num_values; j++)
            CURVE(i, j) &= 0x3f;

    for (i = 0; i < par->gamma.num_curves; i++)
        write_reg(par, 0xE0 + i,
              CURVE(i, 0),  CURVE(i, 1),
              CURVE(i, 2),  CURVE(i, 3),
              CURVE(i, 4),  CURVE(i, 5),
              CURVE(i, 6),  CURVE(i, 7),
              CURVE(i, 8),  CURVE(i, 9),
              CURVE(i, 10), CURVE(i, 11),
              CURVE(i, 12), CURVE(i, 13),
              CURVE(i, 14), CURVE(i, 15));

    return 0;
}

#undef CURVE

static struct fbtft_display display = {
    .regwidth = 8,
    .buswidth = 8,
    .width = 128,
    .height = 160,
    .bpp = 16,
    .init_sequence = default_init_sequence,
    .gamma_num = 2,
    .gamma_len = 16,
    .gamma = DEFAULT_GAMMA,
    .fbtftops = {
        .set_addr_win = set_addr_win,
        .set_var = set_var,
        .set_gamma = set_gamma,
    },
};

FBTFT_REGISTER_DRIVER(DRVNAME, "sitronix,st7735r", &display);

MODULE_ALIAS("spi:" DRVNAME);
MODULE_ALIAS("platform:" DRVNAME);
MODULE_ALIAS("spi:st7735r");
MODULE_ALIAS("platform:st7735r");

MODULE_DESCRIPTION("FB driver for the ST7735R LCD Controller");
MODULE_AUTHOR("Noralf Tronnes");
MODULE_LICENSE("GPL");
驅動代碼說明：
  • 該驅動基于內核 FB_TFT 框架開發，無需修改內核核心代碼，只需編譯進內核即可
  • 默認支持 128×160 分辨率，16-bit RGB565 顏色格式，最高 50MHz SPI 速率
  • 包含完整的屏幕初始化命令序列，針對 ST7735S 進行了優化適配
  • 支持 0°/90°/180°/270° 屏幕旋轉，可通過設備樹 rotation 屬性配置
  • 包含 Gamma 校準功能，可通過內核參數調整顯示色彩效果
  • 自動處理 ST7735S 的像素偏移問題，確保顯示區域準確

3、應用層測試程序（test2.c）

用于驗證屏幕顯示功能，通過操作 Framebuffer 設備填充指定顏色。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/fb.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    char *endptr;
    uint16_t color = 0xFFFF;  // Default color (white)
    long int num = strtol(argv[1], &endptr, 10);  // Number of rows to fill

    // Check if arguments are passed correctly
    if (argc < 3) {
        printf("Usage: %s <num_rows> <color>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    // Parse color based on argv[2]
    if (strcmp(argv[2], "red") == 0) {
        color = 0xF800;  // Red: 11111 000000 00000
    } else if (strcmp(argv[2], "green") == 0) {
        color = 0x07E0;  // Green: 00000 111111 00000
    } else if (strcmp(argv[2], "blue") == 0) {
        color = 0x001F;  // Blue: 00000 000000 11111
    } else if (strcmp(argv[2], "white") == 0) {
        color = 0xFFFF;  // White: 111111 111111 11111
    } else if (strcmp(argv[2], "black") == 0) {
        color = 0x0000;  // Black: 00000 000000 00000
    } else {
        printf("Unknown color: %s. Defaulting to white.\n", argv[2]);
    }

    int fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    if (fb == -1) {
        perror("Error opening framebuffer device");
        return 1;
    }

    // 獲取屏幕的屬性
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    if (ioctl(fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)) {
        perror("Error reading variable information");
        close(fb);
        return 1;
    }

    int width = vinfo.xres;
    int height = vinfo.yres;
    int bpp = vinfo.bits_per_pixel; // 每像素的字節數

    printf("Screen resolution: %dx%d\n", width, height);
    printf("Color depth: %d bpp\n", bpp);

    // 映射幀緩沖內存
    size_t framebuffer_size = width * height * 2;
    uint16_t *framebuffer = mmap(NULL, framebuffer_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fb, 0);
    if (framebuffer == MAP_FAILED) {
        perror("Error mapping framebuffer memory");
        close(fb);
        return 1;
    }

    // 填充背景顏色
    for (int y = 0; y < num; y++) {
        framebuffer[y] = color;
    }

    // 取消映射并關閉文件
    munmap(framebuffer, framebuffer_size);
    close(fb);

    return 0;
}

五、編譯與燒錄

完成設備樹配置和驅動開發后，需要編譯內核、設備樹，并燒錄到 OK3568 開發板中。

1、編譯步驟

  1. 設置交叉編譯工具鏈：
    export ARCH=arm64 export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- export PATH=$PATH:/path/to/toolchain/bin
  2. 編譯內核鏡像：
    make -j$(nproc) zImage
  3. 編譯設備樹：
    make -j$(nproc) dtbs
  4. 編譯內核模塊（若驅動配置為模塊）：
    make -j$(nproc) modules
  5. 安裝模塊（可選）：
    make modules_install INSTALL_MOD_PATH=./modules

2、燒錄方法

推薦使用 TF 卡燒錄或 USB 燒錄工具（如 RKDevTool），以下以 TF 卡燒錄為例：

  • 將編譯生成的 zImage（內核鏡像）拷貝到 TF 卡的 boot 分區
  • 將編譯生成的設備樹文件（如 ok3568.dtb）拷貝到 TF 卡的 boot 分區
  • 將開發板設置為 TF 卡啟動模式，插入 TF 卡后上電
  • 系統啟動后，內核會自動加載 ST7735S 驅動，識別屏幕設備
燒錄注意事項：
  • 燒錄前請備份開發板原有系統，避免數據丟失
  • 確保交叉編譯工具鏈版本與內核版本匹配（推薦使用 Linaro 2021.07 及以上版本）
  • 設備樹文件名需與開發板啟動腳本中指定的文件名一致
  • 若使用模塊方式加載驅動，需在系統啟動后執行insmod fb_st7735r.ko加載驅動

六、測試驗證

系統啟動后，可通過以下方法驗證屏幕是否正常工作：

1、基礎驗證

  • 查看 Framebuffer 設備：ls /dev/fb*，若出現/dev/fb1（或其他fb設備號），說明驅動加載成功
  • 查看設備樹匹配信息：dmesg | grep st7735，若輸出 "st7735r spi0.0: registered" 等信息，說明設備樹匹配成功
  • 查看 SPI 總線信息：dmesg | grep spi，確認 SPI0 總線已正常初始化

2、顯示測試

使用以下命令測試屏幕顯示功能：

  1. 填充純色顯示（紅色）：

    [root@ok3568:/]# /root/test2 10240 red //填充的像素總數

  2. 執行命令后，終端將顯示：

    Screen resolution：128x160

    Color depth：16 bpp

  3. 屏幕將顯示一半像素為紅色，驗證顯示功能正常。

七、常見問題排查

問題1：屏幕無顯示，背光不亮
  • 檢查 VCC 引腳是否接 3.3V，GND 是否可靠接地
  • 檢查 BL 引腳是否接 3.3V，或軟件是否配置了背光控制
  • 檢查 SPI0 總線是否正常初始化（dmesg | grep spi0）
  • 檢查設備樹中 spi0 的 status 是否設置為 "okay"
問題2：屏幕顯示花屏、亂碼
  • 檢查 SPI 引腳接線是否正確（SCL、SDA、CS 引腳）
  • 降低 SPI 通信速率（將 spi-max-frequency 改為 10MHz 測試）
  • 檢查 DC 引腳和 RES 引腳接線是否正確
  • 確認驅動中的像素偏移配置是否正確
問題3：顯示顏色異常（如偏色、反色）
  • 檢查設備樹中是否添加了 bgr 屬性（根據屏幕實際需求調整）
  • 調整 Gamma 校準參數，優化顯示色彩
  • 確認像素格式配置是否為 RGB565（0x3A 命令參數為 0x05）
  • 檢查電源電壓是否穩定，是否存在紋波干擾
問題4：驅動加載失敗
  • 檢查設備樹 compatible 屬性是否為 "sitronix,st7735r"
  • 確認內核已開啟 CONFIG_FB_TFT 和 CONFIG_FB_TFT_ST7735R 配置
  • 查看 dmesg 日志，分析驅動加載失敗原因（dmesg | grep -i error）
  • 檢查 GPIO 引腳是否被其他設備占用
排查技巧：遇到問題時，首先查看內核日志（dmesg），根據日志中的錯誤信息定位問題。重點關注 SPI 總線初始化、GPIO 配置、驅動匹配、命令執行等相關日志。

八、總結

本文詳細介紹了 OK3568 開發板適配 1.8 英寸 ST7735S SPI 屏幕的完整流程，包括硬件連接、設備樹配置、內核驅動開發、編譯燒錄和測試驗證等環節。通過本文的教程，您可以快速實現 ST7735S 屏幕的點亮與顯示控制。

關鍵要點總結：

  • 硬件連接需嚴格按照引腳對應關系，特別注意 VCC 接 3.3V，避免燒毀屏幕
  • 設備樹配置需確保 compatible 屬性、GPIO 引腳定義、SPI 速率等參數正確
  • 驅動基于 FB_TFT 框架開發，無需從零開發，可直接使用內核自帶驅動或本文提供的優化版本
  • 測試驗證時，先通過基礎命令確認驅動加載和設備識別，再進行顯示功能測試
  • 遇到問題時，善用 dmesg 日志定位問題，提高排查效率

通過本教程的適配方案，您可以在 OK3568 開發板上快速集成 ST7735S 屏幕，為工業控制、便攜設備等場景提供低成本的顯示解決方案。如需進一步擴展功能（如觸摸控制、背光調節等），可在此基礎上進行二次開發。

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