quantum/light_ws2812.c

   1 /*
   2 * light weight WS2812 lib V2.0b
   3 *
   4 * Controls WS2811/WS2812/WS2812B RGB-LEDs
   5 * Author: Tim (cpldcpu@gmail.com)
   6 *
   7 * Jan 18th, 2014  v2.0b Initial Version
   8 * Nov 29th, 2015  v2.3  Added SK6812RGBW support
   9 *
  10 * License: GNU GPL v2 (see License.txt)
  11 */
  12
  13 #include "light_ws2812.h"
  14 #include <avr/interrupt.h>
  15 #include <avr/io.h>
  16 #include <util/delay.h>
  17 #include "debug.h"
  18
  19 #ifdef RGBW_BB_TWI
  20
  21 // Port for the I2C
  22 #define I2C_DDR DDRD
  23 #define I2C_PIN PIND
  24 #define I2C_PORT PORTD
  25
  26 // Pins to be used in the bit banging
  27 #define I2C_CLK 0
  28 #define I2C_DAT 1
  29
  30 #define I2C_DATA_HI()\
  31 I2C_DDR &= ~ (1 << I2C_DAT);\
  32 I2C_PORT |= (1 << I2C_DAT);
  33 #define I2C_DATA_LO()\
  34 I2C_DDR |= (1 << I2C_DAT);\
  35 I2C_PORT &= ~ (1 << I2C_DAT);
  36
  37 #define I2C_CLOCK_HI()\
  38 I2C_DDR &= ~ (1 << I2C_CLK);\
  39 I2C_PORT |= (1 << I2C_CLK);
  40 #define I2C_CLOCK_LO()\
  41 I2C_DDR |= (1 << I2C_CLK);\
  42 I2C_PORT &= ~ (1 << I2C_CLK);
  43
  44 #define I2C_DELAY 1
  45
  46 void I2C_WriteBit(unsigned char c)
  47 {
  48     if (c > 0)
  49     {
  50         I2C_DATA_HI();
  51     }
  52     else
  53     {
  54         I2C_DATA_LO();
  55     }
  56
  57     I2C_CLOCK_HI();
  58     _delay_us(I2C_DELAY);
  59
  60     I2C_CLOCK_LO();
  61     _delay_us(I2C_DELAY);
  62
  63     if (c > 0)
  64     {
  65         I2C_DATA_LO();
  66     }
  67
  68     _delay_us(I2C_DELAY);
  69 }
  70
  71 // Inits bitbanging port, must be called before using the functions below
  72 //
  73 void I2C_Init(void)
  74 {
  75     I2C_PORT &= ~ ((1 << I2C_DAT) | (1 << I2C_CLK));
  76
  77     I2C_CLOCK_HI();
  78     I2C_DATA_HI();
  79
  80     _delay_us(I2C_DELAY);
  81 }
  82
  83 // Send a START Condition
  84 //
  85 void I2C_Start(void)
  86 {
  87     // set both to high at the same time
  88     I2C_DDR &= ~ ((1 << I2C_DAT) | (1 << I2C_CLK));
  89     _delay_us(I2C_DELAY);
  90
  91     I2C_DATA_LO();
  92     _delay_us(I2C_DELAY);
  93
  94     I2C_CLOCK_LO();
  95     _delay_us(I2C_DELAY);
  96 }
  97
  98 // Send a STOP Condition
  99 //
 100 void I2C_Stop(void)
 101 {
 102     I2C_CLOCK_HI();
 103     _delay_us(I2C_DELAY);
 104
 105     I2C_DATA_HI();
 106     _delay_us(I2C_DELAY);
 107 }
 108
 109 // write a byte to the I2C slave device
 110 //
 111 unsigned char I2C_Write(unsigned char c)
 112 {
 113     for (char i = 0; i < 8; i++)
 114     {
 115         I2C_WriteBit(c & 128);
 116
 117         c <<= 1;
 118     }
 119
 120
 121     I2C_WriteBit(0);
 122     _delay_us(I2C_DELAY);
 123     _delay_us(I2C_DELAY);
 124
 125     // _delay_us(I2C_DELAY);
 126     //return I2C_ReadBit();
 127     return 0;
 128 }
 129
 130
 131 #endif
 132
 133 // Setleds for standard RGB
 134 void inline ws2812_setleds(LED_TYPE *ledarray, uint16_t leds)
 135 {
 136    // ws2812_setleds_pin(ledarray,leds, _BV(ws2812_pin));
 137    ws2812_setleds_pin(ledarray,leds, _BV(RGB_DI_PIN & 0xF));
 138 }
 139
 140 void inline ws2812_setleds_pin(LED_TYPE *ledarray, uint16_t leds, uint8_t pinmask)
 141 {
 142   // ws2812_DDRREG |= pinmask; // Enable DDR
 143   // new universal format (DDR)
 144   _SFR_IO8((RGB_DI_PIN >> 4) + 1) |= pinmask;
 145
 146   ws2812_sendarray_mask((uint8_t*)ledarray,leds+leds+leds,pinmask);
 147   _delay_us(50);
 148 }
 149
 150 // Setleds for SK6812RGBW
 151 void inline ws2812_setleds_rgbw(LED_TYPE *ledarray, uint16_t leds)
 152 {
 153
 154   #ifdef RGBW_BB_TWI
 155     uint8_t sreg_prev, twcr_prev;
 156     sreg_prev=SREG;
 157     twcr_prev=TWCR;
 158     cli();
 159     TWCR &= ~(1<<TWEN);
 160     I2C_Init();
 161     I2C_Start();
 162     I2C_Write(0x84);
 163     uint16_t datlen = leds<<2;
 164     uint8_t curbyte;
 165     uint8_t * data = (uint8_t*)ledarray;
 166     while (datlen--) {
 167       curbyte=*data++;
 168       I2C_Write(curbyte);
 169     }
 170     I2C_Stop();
 171     SREG=sreg_prev;
 172     TWCR=twcr_prev;
 173   #endif
 174
 175
 176   // ws2812_DDRREG |= _BV(ws2812_pin); // Enable DDR
 177   // new universal format (DDR)
 178   _SFR_IO8((RGB_DI_PIN >> 4) + 1) |= _BV(RGB_DI_PIN & 0xF);
 179
 180   ws2812_sendarray_mask((uint8_t*)ledarray,leds<<2,_BV(RGB_DI_PIN & 0xF));
 181
 182
 183   #ifndef RGBW_BB_TWI
 184     _delay_us(80);
 185   #endif
 186 }
 187
 188 void ws2812_sendarray(uint8_t *data,uint16_t datlen)
 189 {
 190   ws2812_sendarray_mask(data,datlen,_BV(RGB_DI_PIN & 0xF));
 191 }
 192
 193 /*
 194   This routine writes an array of bytes with RGB values to the Dataout pin
 195   using the fast 800kHz clockless WS2811/2812 protocol.
 196 */
 197
 198 // Timing in ns
 199 #define w_zeropulse   350
 200 #define w_onepulse    900
 201 #define w_totalperiod 1250
 202
 203 // Fixed cycles used by the inner loop
 204 #define w_fixedlow    2
 205 #define w_fixedhigh   4
 206 #define w_fixedtotal  8
 207
 208 // Insert NOPs to match the timing, if possible
 209 #define w_zerocycles    (((F_CPU/1000)*w_zeropulse          )/1000000)
 210 #define w_onecycles     (((F_CPU/1000)*w_onepulse    +500000)/1000000)
 211 #define w_totalcycles   (((F_CPU/1000)*w_totalperiod +500000)/1000000)
 212
 213 // w1 - nops between rising edge and falling edge - low
 214 #define w1 (w_zerocycles-w_fixedlow)
 215 // w2   nops between fe low and fe high
 216 #define w2 (w_onecycles-w_fixedhigh-w1)
 217 // w3   nops to complete loop
 218 #define w3 (w_totalcycles-w_fixedtotal-w1-w2)
 219
 220 #if w1>0
 221   #define w1_nops w1
 222 #else
 223   #define w1_nops  0
 224 #endif
 225
 226 // The only critical timing parameter is the minimum pulse length of the "0"
 227 // Warn or throw error if this timing can not be met with current F_CPU settings.
 228 #define w_lowtime ((w1_nops+w_fixedlow)*1000000)/(F_CPU/1000)
 229 #if w_lowtime>550
 230    #error "Light_ws2812: Sorry, the clock speed is too low. Did you set F_CPU correctly?"
 231 #elif w_lowtime>450
 232    #warning "Light_ws2812: The timing is critical and may only work on WS2812B, not on WS2812(S)."
 233    #warning "Please consider a higher clockspeed, if possible"
 234 #endif
 235
 236 #if w2>0
 237 #define w2_nops w2
 238 #else
 239 #define w2_nops  0
 240 #endif
 241
 242 #if w3>0
 243 #define w3_nops w3
 244 #else
 245 #define w3_nops  0
 246 #endif
 247
 248 #define w_nop1  "nop      \n\t"
 249 #define w_nop2  "rjmp .+0 \n\t"
 250 #define w_nop4  w_nop2 w_nop2
 251 #define w_nop8  w_nop4 w_nop4
 252 #define w_nop16 w_nop8 w_nop8
 253
 254 void inline ws2812_sendarray_mask(uint8_t *data,uint16_t datlen,uint8_t maskhi)
 255 {
 256   uint8_t curbyte,ctr,masklo;
 257   uint8_t sreg_prev;
 258
 259   // masklo  =~maskhi&ws2812_PORTREG;
 260   // maskhi |=        ws2812_PORTREG;
 261   masklo  =~maskhi&_SFR_IO8((RGB_DI_PIN >> 4) + 2);
 262   maskhi |=        _SFR_IO8((RGB_DI_PIN >> 4) + 2);
 263   sreg_prev=SREG;
 264   cli();
 265
 266   while (datlen--) {
 267     curbyte=(*data++);
 268
 269     asm volatile(
 270     "       ldi   %0,8  \n\t"
 271     "loop%=:            \n\t"
 272     "       out   %2,%3 \n\t"    //  '1' [01] '0' [01] - re
 273 #if (w1_nops&1)
 274 w_nop1
 275 #endif
 276 #if (w1_nops&2)
 277 w_nop2
 278 #endif
 279 #if (w1_nops&4)
 280 w_nop4
 281 #endif
 282 #if (w1_nops&8)
 283 w_nop8
 284 #endif
 285 #if (w1_nops&16)
 286 w_nop16
 287 #endif
 288     "       sbrs  %1,7  \n\t"    //  '1' [03] '0' [02]
 289     "       out   %2,%4 \n\t"    //  '1' [--] '0' [03] - fe-low
 290     "       lsl   %1    \n\t"    //  '1' [04] '0' [04]
 291 #if (w2_nops&1)
 292   w_nop1
 293 #endif
 294 #if (w2_nops&2)
 295   w_nop2
 296 #endif
 297 #if (w2_nops&4)
 298   w_nop4
 299 #endif
 300 #if (w2_nops&8)
 301   w_nop8
 302 #endif
 303 #if (w2_nops&16)
 304   w_nop16
 305 #endif
 306     "       out   %2,%4 \n\t"    //  '1' [+1] '0' [+1] - fe-high
 307 #if (w3_nops&1)
 308 w_nop1
 309 #endif
 310 #if (w3_nops&2)
 311 w_nop2
 312 #endif
 313 #if (w3_nops&4)
 314 w_nop4
 315 #endif
 316 #if (w3_nops&8)
 317 w_nop8
 318 #endif
 319 #if (w3_nops&16)
 320 w_nop16
 321 #endif
 322
 323     "       dec   %0    \n\t"    //  '1' [+2] '0' [+2]
 324     "       brne  loop%=\n\t"    //  '1' [+3] '0' [+4]
 325     :   "=&d" (ctr)
 326     :   "r" (curbyte), "I" (_SFR_IO_ADDR(_SFR_IO8((RGB_DI_PIN >> 4) + 2))), "r" (maskhi), "r" (masklo)
 327     );
 328   }
 329
 330   SREG=sreg_prev;
 331 }