2023 年 5 月 – WWW.LAB-Z.COM

Step to UEFI (273) 打包为 EFI Application 的 MEMTEST86

前面介绍了最新的 MemTest86 ，美中不足的是这个版本需要制作启动盘，这次介绍一种将它打包为一个 EFI 的方法。

基本的思路是：将完整的 MemTest86 磁盘镜像按照资源打包到一个 EFI 文件中，然后再配合之前的RamDisk 知识将这个镜像加载到内存中。这样就相当于制作的镜像文件，跳进去就可以执行了。

代码要点：

1.将之前介绍的 MemTest86 制作成一个硬件镜像，然后将这个镜像命令为MemTest2023.png

2.MyRamDisk2.inf 中给出用到的文件如下

[Sources]
  MyRamDisk2.c
  MyRamDisk2.idf
  MemTest2023.png

3. MyRamDisk2.idf 文件内容如下

#image IMG_LOGO MemTest2023.png

4.主程序

a.首先找到当前 EFI 中的资源

//
        // Retrieve HII package list from ImageHandle
        //
        Status = gBS->OpenProtocol (
                        gImageHandle,
                        &gEfiHiiPackageListProtocolGuid,
                        (VOID **) &PackageListHeader,
                        gImageHandle,
                        NULL,
                        EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL
                        );
        if (EFI_ERROR (Status)) {
          Print(L"HII Image Package with logo not found in PE/COFF resource section\n");
          return Status;
        }

b.取得资源

//Step2. Parser HII Image
        ImageHeader=(EFI_HII_IMAGE_PACKAGE_HDR*)(PackageListHeader+1);
		ImageData=(UINT8 *)(ImageHeader+1);

c.解析资源之后拷贝到分配的内存中

	// Look for Ram Disk Protocol
        Status = gBS->LocateProtocol (
                        &gEfiRamDiskProtocolGuid,
                        NULL,
                        &MyRamDisk
                 );
        if (EFI_ERROR (Status)) {
            Print(L"Couldn't find RamDiskProtocol\n");
            return EFI_ALREADY_STARTED;
        }
					
        //Allocate a memory for Image
        Status = gBS->AllocatePool (
                    EfiReservedMemoryType,
                    (UINTN)FileSize,
                    (VOID**)&StartingAddr
                    ); 
        if(EFI_ERROR (Status)) {
                Print(L"Allocate Memory failed!\n");
                return EFI_SUCCESS;
        } 
		
		CopyMem(StartingAddr,&ImageData[5],FileSize);
        
        //
        // Register the newly created RAM disk.
        //
        Status = MyRamDisk->Register (
             ((UINT64)(UINTN) StartingAddr),
             FileSize,
             &gEfiVirtualDiskGuid,
             NULL,
             &DevicePath
             );
        if (EFI_ERROR (Status)) {
                Print(L"Can't create RAM Disk!\n");
                return EFI_SUCCESS;
        }

上述代码编译运行之后，会在当前系统中生成一个新的盘符，进入这个盘符之后就可以运行 MemTest86 进行内存测试了。

文本完整代码如下：

MyRamDisk2 下载

生成的 EFI 如下：

mrd2 下载

做一个低成本的USB LED 变色灯

这次制作的目标是：一个插在USB接口就能不停变化颜色的灯。

为了尽可能的压低成本，使用印刷在PCB上的USB。为了低成本实现不停变化颜色，选择淘宝上“F3圆头5mm草帽七彩慢闪led灯珠雾状装饰3v5v12伏F5七彩闪烁渐变色”这款彩灯。这款LED内置了IC，所以能够实现颜色的不停切换变化。

接下来开始电路设计，非常简单就是将LED引脚接在USB的 VCC 和GND即可。

对应的USB1 封装如下：

最终设计的PCB 如下：

为了尽可能降低成本，特别使用V-Cut拼版，这样我们可以在一块PCB上容纳尽量多的PCB。同时需要注意的是：对于嘉立创来说，如果每一个PCB长度或者宽度小于15mm，那么会加收100元的费用，因此，如果有可能尽量不要过窄或者过短。

PCB制作之后是这样的：

需要注意的是：理论上如果直接制作厚度为2.0mm的PCB 那么直接可以插入USB接口的。但是制作PCB时需要增加费用，因此选择制作1.6mm常规厚度的PCB ，拿到手后在USB线路位置自行粘贴剪裁后的信用卡、ＳＩＭ卡之类的塑料卡片增加厚度。

我使用502胶水粘贴固定

正面：

工作的视频可以在下面看到：

总结省钱妙招：

PCB印刷USB 公头；
拼版，并且保证长和宽都大于15mm；
制作 1.6mm的PCB, 拿到手后自行增厚；

最终花费：47.43 元制作12*6=60个PCB, LED 费用为 18元100个。因此，平均下来每个0.97元。

完整的电路图和PCB 下载（立创EDA）

usbled 下载

参考：

1. https://detail.tmall.com/item.htm?_u=dkf8s92d31&id=624355880993&spm=a1z09.2.0.0.26642e8dewUEbx

FireBeetle 制作一个LED矩阵

这次介绍的项目是通过 FireBeetle ESP32 实现一个 8*16的单色LED矩阵，可以在上面实现一些简单的图形和动画效果。

在开始之前，首先介绍LED 的静态驱动和动态驱动的概念。当我们在一个发光二极管两端加上一个电压的时候，发光二极管即可工作。理论上，如果驱动N个共阴极的LED那么需要N个提供正电压。这种带来一个问题，如果需要驱动大量的LED，那么就同样需要同样数量的引脚作为正极。对于单片机来说，会遇到IO引脚不够的问题。

这种直接驱动的方式称作“静态显示驱动”。与之相对，还可以通过构成矩阵的方式来进行驱动。以3×3的LED矩阵为例，通过6个IO 引脚可以驱动9个LED。

可以看到这种电路，我们可以一次性点亮一行或者一列上的LED，但是如果要点亮的位于不同的行列就会出现问题。例如：我们希望在矩阵上点亮LED0和LED6, 那么需要Y0、Y2为高，X0 为低，这种情况比较简单；但是如果需要同时点亮LED0和 LED4 问题就变得麻烦。因为 LED0 要求Y0 为高X0为低才能点亮，LED4 要求Y1为高X1为低，但是Y1为高X0为低时LED3也会同时亮起。因此，这里需要引入一个分时点亮的方法，比如，先设置Y0 为高X0为低点亮LED0，再设置Y0为低熄灭LED0，设置Y1为高X1为低点亮LED4，只要点亮速度足够快眼睛无法分辨出他们不是同时点亮的。这就是所谓的“动态扫描”。

如果使用 Arduino 编写代码，通常需要使用一个定时中断：

Void timerInterrupt()
{
熄灭上一次的行，点亮第x行
x=x+1
}

可以看出，这样的方法会使得程序复杂度上升，同样的，对于N 个灯需要根号N 个 IO。经过研究发现一个好玩的 IC: WCH 的 CH423。它是IC I/O 扩展芯片，功能如下【参考1】：

通过两线串行接口远程扩展出8 个通用输入输出引脚GPIO 和16 个通用输出引脚GPO。
内置电流驱动级，连续驱动电流不小于15mA，OC 引脚输出1/16 脉冲灌电流不小于120mA。
静态显示驱动方式支持24 只发光管LED 或者3 位共阳数码管。
分时动态扫描显示驱动方式支持128 只发光管LED 或者16 位共阴数码管，支持亮度控制。
双向I/O 引脚在输入方式下具有输入电平变化时产生中断的功能，中断输出低电平有效。
16 个通用输出引脚可以选择推挽输出或者开漏输出。
支持3V～5V 电源电压，支持低功耗睡眠，可以被输入电平变化唤醒。
高速2 线串行接口，时钟速度从0 到1MHz，兼容两线I2C 总线，节约引脚。
提供SDIP28 和SOP28 两种无铅封装，兼容RoHS。

这次的试验就使用这个芯片来实现一个 8×16的LED点阵。

首先进行电路设计：

芯片是I2C 接口，控制线路非常简单：SCl和SDA就好了。CH423是SOP28封装，为了便于试验我从淘宝购买了一个SOP28转DIP的小PCB，焊接之后将CH423插入到PCB上。接下来是LED矩阵的设计：

其中 SE[N] 信号能够输出高低电平，DEG[M] 只用作吸收电流使用。对CH423 发送命令，告知我现在要做动态扫描使用，然后告知SE[N]和DEG[M] 的组合即可。例如：告知SE1 输出高，DIG0 吸收电流和SE7输出高，DIG15吸收电流，之后芯片本身会动态控制，肉眼看起来就是 L00和L7F 点亮【参考2】。

因为都是低速信号，没有太多限制，摆放好 LED后直接使用立创自动布线走的通即可。

焊接后的样子：

编写一个测试代码如下：

#include <Wire.h>
 
// CH423接口定义
#define     CH423_I2C_ADDR1     0x20         // CH423的地址
#define     CH423_I2C_MASK      0x3E         // CH423的高字节命令掩码
 
#define CH423_SYSON1    0x0417    //开启自动扫描显示
 
unsigned char CH423_buf[16];    //定义16个数码管的数据映象缓存区
const unsigned char BCD_decode_tab[ 0x10 ] = { 0X3F, 0X06, 0X5B, 0X4F, 0X66, 0X6D, 0X7D, 0X07, 0X7F, 0X6F, 0X77, 0X7C, 0X58, 0X5E, 0X79, 0X71 };
 
 
void CH423_Write( uint32_t cmd )    // 写命令
{
  Serial.print("Address ");
  Serial.print(( unsigned char )(cmd >> 8), HEX);
  Serial.print("  command  ");
  Serial.print(( unsigned char ) (cmd & 0xff), HEX);
  Wire.beginTransmission (( unsigned char )(cmd >> 8));
  Wire.write( ( unsigned char ) (cmd & 0xff) );  // 发送数据
  // 结束总线
  if (Wire.endTransmission() == 0) {
    Serial.println(" I2C Success!");
  } else {
    Serial.println("I2C error!");
  }
}
 
// 向CH423输出数据或者操作命令，自动建立数据映象
void CH423_buf_write( uint32_t cmd )
{
  if ( cmd & 0x1000 )
  { // 加载数据的命令,需要备份数据到映象缓冲区
    CH423_buf[ (unsigned char)( cmd >> 8 ) & 0x0F ] = (unsigned char)( cmd & 0xFF );    // 备份数据到相应的映象单元
  }
  CH423_Write( cmd );    // 发出
}
 
void setup() {
  Serial.begin (115200);
  Wire.begin (21, 22);   // sda= GPIO_21 /scl= GPIO_22.
  /* INTENS [00-11]
     OD_EN 使能开漏
     X_INT 0x08
     DEC_H 0x04
     DEC_L 0x02
     IO_OE 0x01
  */
  CH423_buf_write( 0x2417 );
  /* OC_L_DAT  OC7-OC0 电平控制
  */
  CH423_buf_write( 0x2200 );
  /* OC_H_DAT  OC15-OC8 电平控制
  */
  CH423_buf_write( 0x2300 );
 
  // 初始化时保持全灭
  uint32_t i;
  for (i = 0; i < 16; i++) {
    CH423_buf_write(((0x30 + i) << 8) + 0x00);
  }
}
 
// 要显示的字符取模, DFRobot 字样
// 来自 https://www.zhetao.com/fontarray.html
const unsigned char bitmap_bit_bytes[] = {
  0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b11111000, 0b11111100, 0b11111100, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b01000100, 0b01000010, 0b01000010, 0b00000000, 0b11000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b01000010, 0b01001000, 0b01000010, 0b00000000, 0b01000000, 0b00000000, 0b00010000,
  0b01000010, 0b01001000, 0b01000010, 0b00000000, 0b01000000, 0b00000000, 0b00010000,
  0b01000010, 0b01111000, 0b01111100, 0b00111100, 0b01011000, 0b00111100, 0b01111100,
  0b01000010, 0b01001000, 0b01001000, 0b01000010, 0b01100100, 0b01000010, 0b00010000,
  0b01000010, 0b01001000, 0b01001000, 0b01000010, 0b01000010, 0b01000010, 0b00010000,
  0b01000010, 0b01000000, 0b01000100, 0b01000010, 0b01000010, 0b01000010, 0b00010000,
  0b01000010, 0b01000000, 0b01000100, 0b01000010, 0b01000010, 0b01000010, 0b00010000,
  0b01000100, 0b01000000, 0b01000010, 0b01000010, 0b01100100, 0b01000010, 0b00010010,
  0b11111000, 0b11100000, 0b11100011, 0b00111100, 0b01011000, 0b00111100, 0b00001100,
  0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
  0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
};
 
// 显示一个动画效果
uint16_t buf[8] = {
  0b0100000000000000,
  0b0010000000000000,
  0b0001000000000000,
  0b0000100000000000,
  0b0000010000000000,
  0b0000100000000000,
  0b0001000000000000,
  0b0010000000000000,
};
 
void loop() {
  uint16_t i, j, m;
  char c, v;
  while (Serial.available()) {
    c = Serial.read();
    // 显示卡面定义的字符
    if (c == '1') {
      for (i = 0; i < 7 ; i++) { //一共有7个字符
        for (j = 0; j < 16; j++) { // 每个字符有16个1Byte数据
          CH423_buf_write( ((0x30 + j) << 8) + bitmap_bit_bytes[i + j * 7] );
        }
        delay(500);
      }
    }
    // 随机点亮测试
    if (c == '2') {
      for (i = 0; i < 16; i++) {
        for (j = 0; j < 16; j++) {
          CH423_buf_write( ((0x30 + j) << 8) + random(0, 256) );
        }
        delay(500);
      }
    }
    // 移动的动画效果
    if (c == '3') {
      for (m = 0; m < 32; m++) {
        // 显示 buf 定义的图形
        for (i = 0; i < 16; i++)
        {
          v = 0;
          for (j = 0; j < 8; j++) {
            if ((buf[j] & (1 << i)) == 0) {
              v = v << 1;
            }
            else {
              v = (v << 1) + 1;
            }
          }
          CH423_buf_write( ((0x30 + i) << 8) + v );
        }
        // 移动 buf 字符
        for (i = 0; i < 8; i++) {
            if ((buf[i]&1)!=0) {buf[i]=buf[i]|0x8000;}
            buf[i]=buf[i]>>1;
          }
        delay(100);  
 
         
      }
    }
  }
 
}

根据串口输入，进行不同的测试：

输入1 会逐个显示 DFRobot 字样
输入2会随机点亮
输入3会显示一个方向的简单动画效果。

参考：

http://www.wch.cn/products/CH423.html
这部分在DataSheet有描述 “8.2. 动态显示驱动 CH423 的动态显示驱动方式用于驱动 128 只 LED 或者 16 只共阴数码管，由 IO7～IO0 引脚分别驱动共阴数码管的各个段引脚（各数码管并联），由 OC15～OC0 引脚分别驱动各个共阴数码管的公共端。单片机在加载完所有字数据后，开启 DEC_L 和 DEC_H 控制位由 CH423 自动地进行分时动态显示扫描。如果只需要驱动 8 只数码管，那么可以只开启 DEC_L 或者 DEC_H 其中的一个控制位，剩余的另CH423 中文手册”

工作的测试视频