• 2022-03-07 初版

ラズパイにTFTパネル

• fbtft overlay機能は2021年11月にLinux(bullseye)へ組み込まれました。
• これ以前と以後では設定方法が異なります。標準ドライバとして組み込まれました。
• FBTFT RPI overlaysプロジェクトです。
• fbtft = frame buffer TFT
• frame buffer とは表示内容を記憶するメモリ領域を意味します。
• TFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)
• LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)の駆動にTFTが使われます。TFTはLCDの象徴ともいえます。
• fbtftは液晶パネルをドライバで制御し、モニタにしてしまう機能です。
• Linuxの標準ドライバとして組み込まれたため、専用ドライバを必要としません。
• 設定だけでモニタとして利用できます。
• 液晶パネルを高速SPI通信(標準で32Mbps)で接続し、専用コントローラが搭載されています。
• コントローラの違いを吸収する仕組みがあります。
• 使用するRESETピン、D/Cピン、液晶のドット数、回転角度を指定します。
• 組み込み機器でちょっとした作業をしたいときに使用します。
• 表示領域が小さいため利便性は悪いが、通常モニタを使用するまでもないときに便利です。
• 例えばUSBキーボードを接続して、ネットワーク障害のエラー内容を確認します。
• ネットワーク障害を起こしているとリモートでエラー内容を確認できません。
• ちょっとしたコマンドを実行します。

著作権と免責事項

• 直接間接に関わらず、いかなる損害も筆者は責任を負いません。
• 記事は無保証です。修正義務や回答義務を負いません。

部材

• 1.77インチAE-ATM0177B3を使用します。
• フラットケーブルの変換基板付きで扱いやすいです。
• 128x160ドット
• コントローラはILI9163
• 3.3Vで動作します。
• このほかにバックライトLEDの電流制限抵抗10Ω
• 電流は(3.3V-3V)÷10Ω=30mA

配線

• ラズパイ --- TFT変換基板(AE-ATM0177B3)
• 1:3V3 ------------- 10Ω経由で5:A
• 9:GND ------------- 8:GND
• 17:3V3 ------------ 9:VCC
• 19:MOSI ----------- 10:SDA
• 23:SCLK ----------- 11:SCK
• 18:GPIO24 --------- 12:A0
• 22:GPIO25 --------- 13:REST
• 25:GND ------------ 14:K
• 24:CE0 ------------ 15:CS

• AはバックライトLEDのアノードです。
• SDAはデータ入力です。
• SCKはクロック入力です。
• A0はデータ/コマンド識別の入力です。
• RESTはリセット入力です。Lowで有効です。
• KはバックライトLEDのカソードです。
• CSはチップセレクト入力です。Lowで有効です。

• SCLK,MOSI,MISO,CEはSPI(Serial Peripheral Interface)通信と呼ばれ、ラズパイの標準機能です。
• ラズパイがSPIマスター、TFTがSPIスレーブとして機能します。
• A0(D/C),RESTはラズパイのGPIOに接続して制御します。

ラズパイの設定方法

/boot/config.txt

• ２行追加します。
• dtparam=spi=on
• dtoverlay=fbtft,spi0-0,ili9163,bgr,dc_pin=24,reset_pin=25,width=128,height=160,rotate=90

• SPI0を有効にします。
• fbtftを有効にします。
• spi0-0 はSPI0を指定
• ili9163はコントローラを指定(st7735r/st7789vなどから選択)
• bgrはBlueとRedを入替指定※後ほど解説
• dc_pin=24はD/CにGPIO24を指定
• reset_pin=25はRESETにGPIO25を指定
• width=128はドット列を指定
• height=160はドット行を指定
• rotate=90は回転を指定(0/90/180/270から選択)
• このほかにも通信速度なども指定できます。デフォルトは32MHzです。
• 詳細は/boot/overlays/READMEのfbtft項目を参照してください。

/boot/cmdline.txt

• 追加します。
• fbcon=map:10 fbcon=font:VGA8x8

• 使用するフォントサイズ8x8を指定します。
• (128x160)ドットですから(16x20)文字になります。
• VGA8x16を指定するとフォントサイズ8x16です。

sudo reboot

• リブートすれば、コンソール画面(CUI)になります。
• おかしなことに気が付きました。
• $ が青ではなく赤です。
• bgrの指定が効いていません。
• ソースを確認したところバグでした。

dmesg | grep fb

• ドライバの組み込みを確認します。

[   42.774868] fbtft: module is from the staging directory, the quality is unknown, you have been warned.
[   42.946218] fb_ili9163: loading out-of-tree module taints kernel.
[   42.947101] fb_ili9163 spi0.0: fbtft_property_value: width = 128
[   42.947133] fb_ili9163 spi0.0: fbtft_property_value: height = 160
[   42.947155] fb_ili9163 spi0.0: fbtft_property_value: buswidth = 8
[   42.947183] fb_ili9163 spi0.0: fbtft_property_value: rotate = 90
[   42.947204] fb_ili9163 spi0.0: fbtft_property_value: fps = 30
[   46.964080] graphics fb1: fb_ili9163 frame buffer, 160x128, 40 KiB video memory, 4 KiB buffer memory, fps=33, spi0.0 at 32 MHz

lsmod | grep fb

• ドライバの常駐を確認します。

fb_ili9163             16384  1
fbtft                  45056  1 fb_ili9163
syscopyarea            16384  1 fbtft
sysfillrect            16384  1 fbtft
sysimgblt              16384  1 fbtft
fb_sys_fops            16384  1 fbtft
backlight              20480  2 fbtft,drm

fbset -i -fb /dev/fb1

• 作成されたデバイスを確認します。
• この例ではfb1ですがfb0かもしれません。

mode "160x128"
    geometry 160 128 160 128 16
    timings 0 0 0 0 0 0 0
    nonstd 1
    rgba 5/11,6/5,5/0,0/0
endmode

Frame buffer device information:
    Name        : fb_ili9163
    Address     : 0
    Size        : 40960
    Type        : PACKED PIXELS
    Visual      : TRUECOLOR
    XPanStep    : 0
    YPanStep    : 0
    YWrapStep   : 0
    LineLength  : 320
    Accelerator : No

X Window

/etc/X11/xorg.conf.d/fbtft.conf

• 画面が小さいため使用することはないと思いますが、X Windowを起動します。
• /etc/X11/xorg.conf.d/fbtft.confファイルを作成します。
• cd /etc/X11/xorg.conf.d/
• sudo wget https://gist.github.com/notro/63fc8f563b5f85010d30/raw/5e68d6c6df9471f973b3da5305e73a5017590a69/fbtft.conf
• ファイルを編集します。

Section "Device"
    Identifier "DeviceTFT"
    Driver "fbdev"               # これを追加
    Option "fbdev" "/dev/fb1"    # /dev/fb* はコマンドで確認した番号
EndSection

• なお、この設定を行うと xrdp が動作しません。
• X11の設定を行うので当然です。
• ファイルを削除すればもとに戻ります。
• $ sudo rm /etc/X11/xorg.conf.d/fbtft.conf

sudo startx -- -layout TFT

• ゴミ箱しか表示できません。
• 何も指定しない場合も TFT が起動します。
• HDMIを起動したいとき
• sudo startx -- -layout HDMI

バグ修正

• bgr指定が効かないことから、ソースを確認したところバグを発見しました。
• いずれ修正されると思いますが、今すぐ直したいときはソースからコンパイルします。
• カーネルドライバのコンパイル方法は割愛します。
• 必要なソースはここにあります。
• fb_ili9163.c
• fbtft.h
• ビット操作を間違っています。ビット番号の誤りと、ビットセットとビットクリアの多重誤りです。
• 誤
• if (par->bgr)
• mactrl_data |= BIT(2);
• 正
• if (par->bgr)
• mactrl_data -= BIT(3);
• 修正してコンパイルしインストールした結果が上記(夕焼けに浮かぶゴミ箱)です。
• RGBを正しく表示しました。
• ※こちらで作成したドライバ(バイナリ)を皆さんに提供できません。
• ※Linuxはカーネルのバージョンと異なるドライバを異物とみなし、起動しません。
• ※嫌がらせで提供しないのではありません。提供しても(カーネルのバージョンが適合しない限り)動かないからです。

まとめ

• コントローラの種類や解像度がわかれば、同様の方法でTFTパネルを利用できます。
• 標準で組み込まれたので面倒な操作は必要ありません。
• ただし、バグがあるかもしれません。
• 要望があればLinuxドライバの修正を有償で受けるかもしれません。いわゆるサポート費用です。
• Linuxのカーネルを解析しないと解決できません。
• 高い技術力、分析力が必要です。
• 結果を知ってしまえば簡単ですが、ここまで情報をまとめるのは容易ではありません。