AVR Chess

简介

SZDIY 在邮件列表里发起一个叫”新年Hackathon online“的，所说能治疗拖延症的活动，活动前大家到 SZDIY hackspace 去领取 hack42 的徽章，利用 2016 年的元旦假期 3 天时间做一个项目并发布到网上。为了治疗我的拖延症，我决定做点什么 :)

在 2014 年底，刘达捐赠了两箱 LCD 模块给 SZDIY，有两个型号，2015年4月我成功驱动了其中型号为 JYG-12864K8G 的模块。我们应该用这些 LCD 做些什么？这是一个问题。我一直想用它做一个游戏机，比如经典的俄罗斯方块。但一直没有动手。

图标控制

最开始成功驱动这个 LCD 时发现它会显示一些类似于电话上的图标，但并未细究。在这三天间，通过阅读 ST7565R 的数据手册，并经过测试，弄清楚了图标的控制方法。

ST7565R datasheet V1.9 第 16 页 Fig 8. DDRAM Format 图，放到下面：

ST7565R datasheet pg 17 提到：

Page Address “8” is a special RAM area for the icons with only one valid bit: D0. 这个特殊的页就是用来控制光标的，它只有一位数据 D0. 也就是第 65 行。（ST7565R 可以控制 132x64 像素，64 方向又分为 8 页，因为一个 byte 是 8 位）

下面是一段用来测试图标时的代码，先选择 page 和 SEG 的值，再写 0x01 (因为 page 8 只有 1 bit 宽) 就能点亮相应的图标。比如调用 icon_control(4); 就可以点亮天线符号。

void icon_control(uint8_t column)

    uint8_t count, msb, lsb, page;

    //column += 4;

    lsb = ((column)&(0x0F));

    msb = ((column >> 4) & (0x0F));

    msb |= 0x10;

    page = 0xB8; // select the 8th page

    st7565_command(page);

    st7565_command(lsb); // Set Column Address

    st7565_command(msb); // Set Column Address

    st7565_data(0x01); // set, turn it on

u8glib

提到 LCD 的驱动，必须提到 u8glib. 它是一个非常优秀的 MCU 图形库，成功点亮 JYG-12864K8G 时想做的一件事就是用 u8glib 来驱动这款 LCD.

得益于 u8glib 良好的代码组织，加一个新的 LCD 进去是很方便的。具体方法是在 src 目录里寻找和自己手上的 LCD 近似的 LCD 的代码(主要是 LCD 的 controller 型号和分辨率)，然后复制一份，修改文件名，再作相应的修改。另外，u8glib 里已经有很多的已经支持的 LCD 型号，有时不用自己新加文件也可以驱动。

比如，JYG-12864K8G 的代码是在 u8g_dev_st7565_dogm128.c 的基础上修改的。只修改了简单的几个地方：

JYG-12864 的 SEG 是从 SEG4 开始的。要把 col address 的低 4 位改成 0x004
SEG 的扫描方向(ADC)。
common output mode 的扫描方向。
对比度的参数设置。

u8g_dev_st7565_jyg12864k8g.c 的内容：

https://pastebin.mozilla.org/8855726

新增了设备文件，对应地在 u8g.h 里也要加入一些内容：

https://pastebin.mozilla.org/8855727

国际象棋

下国际象棋是一项十分有意思的活动。Claude Shannon 就对其有很多研究。2015年初，有人打破了尘封 32 年的纪录，写出了世界上最小的国际象棋程序并引发了一段恩怨情仇，不管怎么样，把国际象棋程序浓缩成 400 多个字节，真是让人印象深刻！

在 8 位 AVR 上运行国际象棋是完全可以的(在我很多年前初学 MCU 时就曾把一个 AVR 国际象棋程序的源代码和原理图打印出来阅读过，但并未真正实践)，只要棋子的图案设计得当，只要很小的 LCD 就能完成显示工作。u8glib 正好内置了一个用 C 语言编写的国际象棋引擎，叫 "Little Rook Chess" (lrc), 文件是 chessengine.c. 那用这个 LCD 做国际象棋就是一个可行的项目。

u8glib 同时也支持 Arduino，在 Arduino 版本的例程里就有一个 Chess 项目。把 Arduino 代码移植成 C 代码是很容易的。

源代码

https://pastebin.mozilla.org/8855725

原理图

照片

上面是一个完整的对局，我执黑。

下棋时用 4 个键来控制走棋：

Prev 键：前一个棋子；当处于选中棋子状态，选择前一个有效的走棋目标位置。
Next 键：下一个棋子；当处于选中棋子状态，选择下一个有效的走棋目标位置。
Select 键：选中棋子；当处于选中棋子状态，放下棋子。
Back 键：如果已经选中一个棋子，按此键撤消选择。
别的功能有待探索和阅读源码。

Bug

按键的代码需要改进。
LCD 的显示效果需要作进一步微调。
没有专用的 PCB 和外壳。
LCD 自身的闹钟图标可以用来作下棋时的提醒功能？

后记

这场 hackathon 一开始，原本计划是做俄罗斯方块。于是花了很多时间修改一个现有的 AVR Tetris 程序。他们的 LCD 是基于 KS0108。和我所用的 ST7565R 的有些不一样。但麻烦之处在于做俄罗斯方块需要把 LCD 旋转成 portrait 模式(垂直方向)使用。在 portrait 模式写文字不是很方便的，这涉及到取字模和对页的切换的一些算法。我在这上面花费了很多时间，始终无法达到想要的效果。于是在 1 月 3 日决定切换方案。改做国际象棋，因为 u8glib 内置了国际象棋的例子。

除了用 LCD 来做东西本身，另外我也想用 Raspberry Pi 和 FPGA 来直接驱动这种 LCD. 这个过程本身就是一个学习的过程。

这次的 hackathon 也得到一些教训，那就是：抓紧时间，选择方案时不要摇摆不定，应当机立断。比如，我明明知道一场 hackathon 的时间永远不够用，但还是在 2 号下午陪家人去公园(这个无法避免)，晚上又去朋友 Matt 家参加 party，幸运的是在去的地铁上也在读代码，而且整个 party 的 80% 的时候也在写代码 :)

接下来，另一个任务是要把俄罗斯方块完成，配合上音乐效果，一定会很不错。

后来，SZDIY 成员 DF 专门为这个 LCD 设计了一款硬件，可以用 Arduino 编程。

Todo

用 Raspberry Pi 来驱动它。
为它写一个 Amforth 驱动。
用 FPGA 来驱动。

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