时间跳动小钟，全反射局刷，裸机支持空闲休眠与tickless

Tick Dance 时间跳动小钟

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一、项目简介

演示视频：【Bilibili】@realTiX - 时间跳动小钟

这是一个以 8Hz 频率跳动字符的全反射屏小钟。使用局刷刷屏，效率更高。设计用于验证我最近编写的一个支持 空闲任务与 tickless 的裸机事件驱动框架：

Github: TiX233/ltx
Gitee: TiX233/ltx

这篇文章是我对裸机多任务与低功耗的介绍博客：【CSDN】@realTiX - 单片机裸机多任务与低功耗方案总结
如果更喜欢看视频，那么可以看这个：【Bilibili】@realTiX - 单片机裸机多任务与低功耗方案总结

二、开源说明

仅供个人复刻学习，未经许可禁止商用。

本仓库负责管理本项目的原理图与 PCB 部分，所有部分开源链接如下：

单片机代码：
- Github：TiX233/tick_dance
- Gitee：TiX233/tick_dance
原理图/PCB：
- 立创开源平台：本文
外壳：
- 本文附件
- MakerWorld：@realTiX - 时间跳动全反射小钟

三、硬件

1、烧录

使用 jlink/daplink/... 等等 swd 调试器进行固件烧录，可使用 keil 编译烧录或其他 swd 固件烧录工具，固件在 pcb 开源页面附件有提供

2、组装

屏幕使用鱼鹰光电 2.13 寸 st7305 全反射屏幕；外壳为滑槽卡扣设计，无需螺丝或胶水；安装屏幕时，需要先撕膜再安装。

四、局刷说明

数据传输一般是以字节为单位，因为是单色屏，所以这里的局刷是不可能以像素点为最小刷屏单元的，对于 st7305，暂时没在网上找到局刷教程，所以我在这里提及一下这款屏幕驱动的局刷方法。

st7305 的最小刷屏单元为 3 个字节（24 个像素），这三个字节的像素比特排列如下所示：

pix 分布（竖屏，122*250，因为 122 不能整除以 12，所以 x 需要偏移 (122%12==0?0:(12-122%12)) = 10 pix）：
                                                                                                   第1列                               ...  第122列
                   第一个单元起始列                                                                   |         右侧单元起始列                  |
                         |                                                                           |               |                        |
                         V                                                                           V               V                        V
第1行，1单元起行   -> [pix1] [pix3] [pix5] [pix7] [tix9]  [pix11] [pix13] [pix15] [pix17] [pix19] [pix21] [pix23] [pix1] [pix3] [pix5] ... [pix23]
第2行，1单元终行      [pix2] [pix4] [pix6] [pix8] [pix10] [pix12] [pix14] [pix16] [pix18] [pix20] [pix22] [pix24] [pix2] [pix4] [tix6] ... [pix24]
第3行，下侧单元起行-> [pix1] [pix3] ...
第4行，下侧单元终行   [pix2] [pix4] ...
 ...                  ...
第250行              [pix2] ...

搞不懂这款 2.13 屏幕为什么不做成 120*250 的，为了多刷两列得浪费十列，也就是（全刷）刷屏效率只有 92%

所以选定刷屏窗口的时候也不能以像素为单位作起点终点，必须以单元为单位起止。
您可以使用我编写的库直接体验局刷功能：

Github: TiX233/st7305_213
Gitee: TiX233/st7305_213

对于本项目，您也可以使用 draw_unit 这一调试命令传入单元 xy 以及三个字节像素数据来体验刷屏效果。

五、功耗测试

在 ltx_config.h 中，可以通过开关如下宏定义来选用空闲休眠与 tickless 功能：

// 需要空闲任务则打开此宏，并将调度器从主循环转移到最低优先级的软中断中
// #define ltx_cfg_USE_IDLE_TASK
// 需要 tickless 则打开此宏，前提是必须打开空闲任务宏
// #define ltx_cfg_USE_TICKLESS

两个宏都不打开的话，单片机会不断轮询是否有活跃任务产生，简单说就是 cpu 利用率始终 100%

仅打开第一个宏的话，单片机会在空闲时进入休眠，但是由于 systick 会在每毫秒产生中断，所以系统会每毫秒被唤醒而后发现没有任务需要做便又进入休眠。

两个宏都打开的话，单片机会计算下一个任务到来的时间，便把 systick 设置在那个时间点再唤醒单片机，这样就不会频繁被唤醒了

下图是屏幕 8Hz 低功耗模式下单片机关闭空闲休眠的功耗测试：

下图是屏幕 8Hz 低功耗模式下单片机开启空闲休眠的功耗测试：

下图是拔掉屏幕单片机关闭空闲休眠的功耗测试：

可以看到单片机一直维持在满载的状态

下图是拔掉屏幕单片机仅开启空闲休眠的功耗测试：

将采样数据放大到 1ms 刻度可以看到每个毫秒都被唤醒而后又进入休眠，相较不开启空闲休眠降低约 293uA

下图是拔掉屏幕单片机开启 tickless 的功耗测试：

开启 tickless 后单片机不会每频繁被每毫秒的 systick 唤醒，功耗降低约 14uA

因为暂时没有在进入休眠前写关闭外设，所以绝对功耗还是比较高的，以及为了验证调度器的异步能力，所以选用的是带 dma 的非低功耗特化的单片机型号（用的是 py32f030，spi 带 dma，如果用 py32l020 的话没有 dma），甚至单片机功耗比屏幕还高好多倍。但是从相对功耗来看，还是能降低不少功耗的，摆脱了传统裸机的不能空闲休眠的缺陷。

六、调试

如果您需要对本项目进行二次开发或拓展，那么应该需要一些调试手段。

本项目没有引出串口，输入输出信息是通过 segger RTT 保存在一块 ram 中的，当调试器链接后，电脑用通过 openOCD 来对内存进行写入读出以实现输入输出，理论上，这会比串口更快，毕竟只要读写内存，而无需外设收发，并且还能保存一定的历史输出。

如果您有 jlink，那么可以直接用 segger 提供的 rttviewer 进行调试，这里仅提供使用 dap-link 的调试方法：

在普冉官网下载官方提供的 openocd 版本，将其加入环境变量
链接调试器和设备，打开任意 shell，输入 openocd -f rtt2tcp.cfg
- 注：如果没有加入环境变量，那么上述命令需要输入 openocd.exe 的完整路径
打开任意支持 tcp 的串口调试工具，这里以 vofa+ 为例，填入如下图的配置信息
链接成功后，即可查看输入输出信息

通过自定义命令，可控制单片机的运行状态，比如暂停某些 app 如 usb 等等，也可依赖发布订阅机制实现数据更新后的自动打印，在 ltx_cmd.c 中提供的 /print 命令有一个 heart_beat 样例，用来每秒打印心跳，您可参考该样例来设置自己的订阅数据打印；
如果您需要经常修改一些参数如尝试某些不同的背景颜色，那么也无需重新烧录，在 ltx_cmd.c 中提供了一个 /param 命令，该命令可对 ltx_param.c 中指向的自定义数据进行读写；

所有的自定义命令可在 ltx_cmd.c 中查看，也可开机后给单片机发送 /help 命令来列出所有命令，您也可以参考这些命令创建一些方便调试自定义命令，以下是目前所有的自定义命令，部分命令可能会影响系统的正常运行：

命令	作用
`echo`	返回第二个参数来测试收发功能
`hello`	打印 hello world
`help`	帮助，无参数则列出所有命令，第二个参数可设置为某个命令（如 `/help print`）
`print`	在某些数据更新后进行打印，非阻塞，非 poll，依赖 ltx 发布订阅机制
`param`	读写自定义参数
`alarm`	测试 ltx 闹钟功能用，非阻塞，第二个参数可设置闹钟倒计时 tick，会在闹钟到时后打印
`reboot`	重启
`ltx_app`	管理 ltx app 用，可列出所有 app 及其 task，可对其进行暂停继续或销毁操作
`fill_unit`	将某个 unit 填为单色块，阻塞
`draw_unit`	将某个 unit 填为传入的三个字节，阻塞
`rtc_get`	获取 rtc 时间
`rtc_set`	设置 rtc 时间
`frame_low_rate`	设置低功耗模式下屏幕刷新率