Sonntag, 19. Januar 2014

Das SPI Protokoll für das Kaffeemaschinen Display

Dieses Wochenende haben wir im Projektteam die Kommunikation vom Controller auf dem Benutzerboard zum Display genauer unter die Lupe genommen. Da wir keine genauen Informationen über die verwendeten Bauelemente hatten sind wir mit google auf die Suche nach Datenblättern von Displays ähnlicher Bauart gegangen. Die meisten Displays mit SPI Interface verstehen das gleiche Protokoll zum Setzen der Kofigurationswerte und Übertragene der Daten. Die Daten haben wir mit Hilfe des Logic Analyser ja schon das letzte mal aus der Maschine extrahiert. Nach einigen Anläufen haben wir im Datenbaltt eines Displaycontrollers (ST7565R) die Konfiguration des Display RAMs gefunden. Mit dem Wissen wie das Bild, das im Display angezeigt wird zu übertragen ist, gelang es uns den Datenstream so zu formatieren, dass wir das Bild des Displays gespiegelt auf dem Bildschirm sehen konnten. Mit ein wenig Bearbeitung der
Daten ist es gelungen das Bild, das am Display angezeigt wird zu rekonstruieren.
Der Inhalt des Datenstreams in serieller Formatierung

Datenübertragung in der Maschine

Die Maschine kommuniziert einmal mit der Steuerplatine und dann mit dem Display. Dabei ist die Verbindungsleitung zwischen den Platinen mit einem Enable
Signal verehen. Wenn dieses Signal High ist, ignoriert die Steuerplatine die Daten; wenn der Pin auf Low gelegt wird, sind die Daten am Bus für die Steuerplatine.
Vom Controller gehen, neben der Datenleitung MOSI, nicht nach Außen geführte Leitungen an das Display. Es ist also anzunehmen, dass dort auch eine Enable und/oder
Clock Leitung dabei ist. Die Daten, die über den SPI Bus bei dauerhaftem High Zustand auf Enable an der Controllerplatine gehen sind somit aller Wahrscheinlichkeit
nach an das Display gerichtet. Genauer betrachtet wurden jedes Paket 541 Bytes übertragen. Das Display hat eine Bildmatrix von 128 * 32 Pixeln, somit werden
4096 Bit zum Darstellen eines monochromen Bildes benötigt. Die übertragenen Bytes beinhalten diese Datenmenge und zusätzlich noch einige Steuerbefehle.
Das Bild steht noch auf dem Kopf und die Page-Select Befehle sind noch links sichtbar

Display RAM

Wichtig ist dabei zu beachten, dass die Pixelreihen des Display nicht wie erwartet seriell mit Daten bestückt werden, sondern der serielle Kommunikationsport nur vor den parallelen geschaltet wurde. Dadurch ergibt sich die Eigenschaft, dass die Daten 'Zeilenweise' in den Speicher des Displays geladen werden. Zeilenweise
bedeutet dabei, dass der Speicher in 8 bit breite Pages eingeteilt wird. Jede Page wird zuerst ausgewählt und dann von Spalte 0 an aufgefüllt. Dadurch erscheinen die Bilddaten nicht waagerecht, sondern senktrecht und werden so zusammen gesetzt. Nachdem der Aufbau des Speichers bekannt war, konnten wir unsere Software danach ausrichten und haben den Displayinhalt 'CAPPUCCINO' in den sortierten Matrxwerten erkennen können. Jede Zeile oder Page begann mit einem Page-Select Befehl, der getroßt ignoriert werden konnte. Der letzte Schritt war es, die Matrix der Bilddaten in ein PNG zu gießen um es später als Bild in einer Webseite verwenden zu können.
Die rekonstruierte Grafik des Maschinendisplays

Analyse des Protokolls zur Maschinensteuerung

Nachdem jetzt die Übertragung der Displaydaten bekannt ist, müssen noch die vorherigen 10 Bytes der Maschinensteuerung in einen Kontext gebracht werden. Mit Hilfe eines kleinen Scripts habe ich die Logic Analyser Mitschnitte in Kommando- und Bildabschnitte zerlegt. Das Bild wird generiert und die Kommandodaten werden daneben in einer Tabelle abgebildet. Jetzt müssen wir nur die passenden Befehle herausfinden. Dazu gibt es dann nächste Woche mehr.