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[qmk_firmware.git] / docs / feature_oled_driver.md
1 # OLED Driver
2
3 ## OLED Supported Hardware
4
5 128x32 OLED modules using SSD1306 driver IC over I2C. Supported on AVR based keyboards. Possible but untested hardware includes ARM based keyboards and other sized OLED modules using SSD1306 over I2C, such as 128x64. 
6
7 !> Warning: This OLED Driver currently uses the new i2c_master driver from split common code. If your split keyboard uses i2c to communication between sides this driver could cause an address conflict (serial is fine). Please contact your keyboard vendor and ask them to migrate to the latest split common code to fix this. 
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9 ## Usage
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11 To enable the OLED feature, there are three steps. First, when compiling your keyboard, you'll need to set `OLED_DRIVER_ENABLE=yes` in `rules.mk`, e.g.:
12
13 ```
14 OLED_DRIVER_ENABLE = yes
15 ```
16
17 This enables the feature and the `OLED_DRIVER_ENABLE` define. Then in your `keymap.c` file, you will need to implement the user task call, e.g:
18
19 ```C++
20 #ifdef OLED_DRIVER_ENABLE
21 void oled_task_user(void) {
22   // Host Keyboard Layer Status
23   oled_write_P(PSTR("Layer: "), false);
24   switch (biton32(layer_state)) {
25     case _QWERTY:
26       oled_write_P(PSTR("Default\n"), false);
27       break;
28     case _FN:
29       oled_write_P(PSTR("FN\n"), false);
30       break;
31     case _ADJ:
32       oled_write_P(PSTR("ADJ\n"), false);
33       break;
34     default:
35       // Or use the write_ln shortcut over adding '\n' to the end of your string
36       oled_write_ln_P(PSTR("Undefined"), false);
37   }
38
39   // Host Keyboard LED Status
40   uint8_t led_usb_state = host_keyboard_leds();
41   oled_write_P(led_usb_state & (1<<USB_LED_NUM_LOCK) ? PSTR("NUMLCK ") : PSTR("       "), false);
42   oled_write_P(led_usb_state & (1<<USB_LED_CAPS_LOCK) ? PSTR("CAPLCK ") : PSTR("       "), false);
43   oled_write_P(led_usb_state & (1<<USB_LED_SCROLL_LOCK) ? PSTR("SCRLCK ") : PSTR("       "), false);
44 }
45 #endif
46 ```
47
48 ## Logo Example
49
50 In the default font, ranges in the font file are reserved for a QMK Logo. To Render this logo to the oled screen, use the following code example:
51
52 ```C++
53 static void render_logo(void) {
54   static const char PROGMEM qmk_logo[] = {
55     0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,
56     0xa0,0xa1,0xa2,0xa3,0xa4,0xa5,0xa6,0xa7,0xa8,0xa9,0xaa,0xab,0xac,0xad,0xae,0xaf,0xb0,0xb1,0xb2,0xb3,0xb4,
57     0xc0,0xc1,0xc2,0xc3,0xc4,0xc5,0xc6,0xc7,0xc8,0xc9,0xca,0xcb,0xcc,0xcd,0xce,0xcf,0xd0,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0};
58
59   oled_write_P(qmk_logo, false);
60 }
61 ```
62
63 ## Other Examples
64
65 In split keyboards, it is very common to have two OLED displays that each render different content and oriented flipped differently. You can do this by switching which content to render by using the return from `is_keyboard_master()` or `is_keyboard_left()` found in `split_util.h`, e.g:
66
67 ```C++
68 #ifdef OLED_DRIVER_ENABLE
69 oled_rotation_t oled_init_user(oled_rotation_t rotation) {
70   if (!is_keyboard_master())
71     return OLED_ROTATION_180;  // flips the display 180 degrees if offhand
72   return rotation;
73 }
74
75 void oled_task_user(void) {
76   if (is_keyboard_master()) {
77     render_status();     // Renders the current keyboard state (layer, lock, caps, scroll, etc)
78   } else {
79     render_logo();       // Renders a statuc logo
80     oled_scroll_left();  // Turns on scrolling
81   }
82 }
83 #endif
84 ```
85
86
87  ## Basic Configuration
88
89 |Define                 |Default        |Description                                     |
90 |-----------------------|---------------|------------------------------------------------|
91 |`OLED_DISPLAY_ADDRESS` |`0x3C`         |The i2c address of the OLED Display             |
92 |`OLED_FONT_H`          |`"glcdfont.c"` |The font code file to use for custom fonts      |
93 |`OLED_FONT_START`      |`0`            |The starting characer index for custom fonts    |
94 |`OLED_FONT_END`        |`224`          |The ending characer index for custom fonts      |
95 |`OLED_FONT_WIDTH`      |`6`            |The font width                                  |
96 |`OLED_FONT_HEIGHT`     |`8`            |The font height (untested)                      |
97 |`OLED_DISABLE_TIMEOUT` |*Not defined*  |Disables the built in OLED timeout feature. Useful when implementing custom timeout rules.|
98
99
100
101  ## 128x64 & Custom sized OLED Displays
102
103  The default display size for this feature is 128x32 and all necessary defines are precalculated with that in mind. We have added a define, `OLED_DISPLAY_128X64`, to switch all the values to be used in a 128x64 display, as well as added a custom define, `OLED_DISPLAY_CUSTOM`, that allows you to provide the necessary values to the driver.
104
105 |Define                 |Default        |Description                                                      |
106 |-----------------------|---------------|-----------------------------------------------------------------|
107 |`OLED_DISPLAY_128X64`  |*Not defined*  |Changes the display defines for use with 128x64 displays.        |
108 |`OLED_DISPLAY_CUSTOM`  |*Not defined*  |Changes the display defines for use with custom displays.<br />Requires user to implement the below defines. |
109 |`OLED_DISPLAY_WIDTH`   |`128`          |The width of the OLED display.                                   |
110 |`OLED_DISPLAY_HEIGHT`  |`32`           |The height of the OLED display.                                  |
111 |`OLED_MATRIX_SIZE`     |`512`          |The local buffer size to allocate.<br />`(OLED_DISPLAY_HEIGHT / 8 * OLED_DISPLAY_WIDTH)`|
112 |`OLED_BLOCK_TYPE`      |`uint16_t`     |The unsigned integer type to use for dirty rendering.|
113 |`OLED_BLOCK_COUNT`     |`16`           |The number of blocks the display is divided into for dirty rendering.<br />`(sizeof(OLED_BLOCK_TYPE) * 8)`|
114 |`OLED_BLOCK_SIZE`      |`32`           |The size of each block for dirty rendering<br />`(OLED_MATRIX_SIZE / OLED_BLOCK_COUNT)`|
115 |`OLED_SOURCE_MAP`      |`{ 0, ... N }` |Precalculated source array to use for mapping source buffer to target OLED memory in 90 degree rendering.         |
116 |`OLED_TARGET_MAP`      |`{ 24, ... N }`|Precalculated target array to use for mapping source buffer to target OLED memory in 90 degree rendering.         |
117
118
119 ### 90 Degree Rotation - Technical Mumbo Jumbo 
120
121 ```C
122 // OLED Rotation enum values are flags
123 typedef enum {
124     OLED_ROTATION_0   = 0,
125     OLED_ROTATION_90  = 1,
126     OLED_ROTATION_180 = 2,
127     OLED_ROTATION_270 = 3, // OLED_ROTATION_90 | OLED_ROTATION_180
128 } oled_rotation_t;
129 ```
130
131  OLED displays driven by SSD1306 drivers only natively support in hard ware 0 degree and 180 degree rendering. This feature is done in software and not free. Using this feature will increase the time to calculate what data to send over i2c to the OLED. If you are strapped for cycles, this can cause keycodes to not register. In testing however, the rendering time on an `atmega32u4` board only went from 2ms to 5ms and keycodes not registering was only noticed once we hit 15ms. 
132  
133  90 Degree Rotated Rendering is achieved by using bitwise operations to rotate each 8 block of memory and uses two precalculated arrays to remap buffer memory to OLED memory. The memory map defines are precalculated for remap performance and are calculated based on the OLED Height, Width, and Block Size. For example, in the 128x32 implementation with a `uint8_t` block type, we have a 64 byte block size. This gives us eight 8 byte blocks that need to be rotated and rendered. The OLED renders horizontally two 8 byte blocks before moving down a page, e.g:
134
135 |   |   |   |   |   |   |
136 |---|---|---|---|---|---|
137 | 0 | 1 |   |   |   |   |
138 | 2 | 3 |   |   |   |   |
139 | 4 | 5 |   |   |   |   |
140 | 6 | 7 |   |   |   |   |
141
142 However the local buffer is stored as if it was Height x Width display instead of Width x Height, e.g:
143
144 |   |   |   |   |   |   |
145 |---|---|---|---|---|---|
146 | 3 | 7 |   |   |   |   |
147 | 2 | 6 |   |   |   |   |
148 | 1 | 5 |   |   |   |   |
149 | 0 | 4 |   |   |   |   |
150
151 So those precalculated arrays just index the memory offsets in the order in which each one iterates its data.
152
153 ## OLED API
154
155 ```C++
156 // OLED Rotation enum values are flags
157 typedef enum {
158     OLED_ROTATION_0   = 0,
159     OLED_ROTATION_90  = 1,
160     OLED_ROTATION_180 = 2,
161     OLED_ROTATION_270 = 3, // OLED_ROTATION_90 | OLED_ROTATION_180
162 } oled_rotation_t;
163
164 // Initialize the OLED display, rotating the rendered output based on the define passed in.
165 // Returns true if the OLED was initialized successfully
166 bool oled_init(oled_rotation_t rotation);
167
168 // Called at the start of oled_init, weak function overridable by the user
169 // rotation - the value passed into oled_init
170 // Return new oled_rotation_t if you want to override default rotation
171 oled_rotation_t oled_init_user(oled_rotation_t rotation);
172
173 // Clears the display buffer, resets cursor position to 0, and sets the buffer to dirty for rendering
174 void oled_clear(void);
175
176 // Renders the dirty chunks of the buffer to OLED display
177 void oled_render(void);
178
179 // Moves cursor to character position indicated by column and line, wraps if out of bounds
180 // Max column denoted by 'oled_max_chars()' and max lines by 'oled_max_lines()' functions
181 void oled_set_cursor(uint8_t col, uint8_t line);
182
183 // Advances the cursor to the next page, writing ' ' if true
184 // Wraps to the begining when out of bounds
185 void oled_advance_page(bool clearPageRemainder);
186
187 // Moves the cursor forward 1 character length
188 // Advance page if there is not enough room for the next character
189 // Wraps to the begining when out of bounds
190 void oled_advance_char(void);
191
192 // Writes a single character to the buffer at current cursor position
193 // Advances the cursor while writing, inverts the pixels if true
194 // Main handler that writes character data to the display buffer
195 void oled_write_char(const char data, bool invert);
196
197 // Writes a string to the buffer at current cursor position
198 // Advances the cursor while writing, inverts the pixels if true
199 void oled_write(const char *data, bool invert);
200
201 // Writes a string to the buffer at current cursor position
202 // Advances the cursor while writing, inverts the pixels if true
203 // Advances the cursor to the next page, wiring ' ' to the remainder of the current page
204 void oled_write_ln(const char *data, bool invert);
205
206 // Writes a PROGMEM string to the buffer at current cursor position
207 // Advances the cursor while writing, inverts the pixels if true
208 // Remapped to call 'void oled_write(const char *data, bool invert);' on ARM
209 void oled_write_P(const char *data, bool invert);
210
211 // Writes a PROGMEM string to the buffer at current cursor position
212 // Advances the cursor while writing, inverts the pixels if true
213 // Advances the cursor to the next page, wiring ' ' to the remainder of the current page
214 // Remapped to call 'void oled_write_ln(const char *data, bool invert);' on ARM
215 void oled_write_ln_P(const char *data, bool invert);
216
217 // Can be used to manually turn on the screen if it is off
218 // Returns true if the screen was on or turns on
219 bool oled_on(void);
220
221 // Can be used to manually turn off the screen if it is on
222 // Returns true if the screen was off or turns off
223 bool oled_off(void);
224
225 // Basically it's oled_render, but with timeout management and oled_task_user calling!
226 void oled_task(void);
227
228 // Called at the start of oled_task, weak function overridable by the user
229 void oled_task_user(void);
230
231 // Scrolls the entire display right
232 // Returns true if the screen was scrolling or starts scrolling
233 // NOTE: display contents cannot be changed while scrolling
234 bool oled_scroll_right(void);
235
236 // Scrolls the entire display left
237 // Returns true if the screen was scrolling or starts scrolling
238 // NOTE: display contents cannot be changed while scrolling
239 bool oled_scroll_left(void);
240
241 // Turns off display scrolling
242 // Returns true if the screen was not scrolling or stops scrolling
243 bool oled_scroll_off(void);
244
245 // Returns the maximum number of characters that will fit on a line
246 uint8_t oled_max_chars(void);
247
248 // Returns the maximum number of lines that will fit on the OLED
249 uint8_t oled_max_lines(void);
250 ```
251
252 ## SSD1306.h driver conversion guide
253
254 |Old API                    |Recommended New API                |
255 |---------------------------|-----------------------------------|
256 |`struct CharacterMatrix`   |*removed - delete all references*  |
257 |`iota_gfx_init`            |`oled_init`                        |
258 |`iota_gfx_on`              |`oled_on`                          |
259 |`iota_gfx_off`             |`oled_off`                         |
260 |`iota_gfx_flush`           |`oled_render`                      |
261 |`iota_gfx_write_char`      |`oled_write_char`                  |
262 |`iota_gfx_write`           |`oled_write`                       |
263 |`iota_gfx_write_P`         |`oled_write_P`                     |
264 |`iota_gfx_clear_screen`    |`oled_clear`                       |
265 |`matrix_clear`             |*removed - delete all references*  |
266 |`matrix_write_char_inner`  |`oled_write_char`                  |
267 |`matrix_write_char`        |`oled_write_char`                  |
268 |`matrix_write`             |`oled_write`                       |
269 |`matrix_write_ln`          |`oled_write_ln`                    |
270 |`matrix_write_P`           |`oled_write_P`                     |
271 |`matrix_write_ln_P`        |`oled_write_ln_P`                  |
272 |`matrix_render`            |`oled_render`                      |
273 |`iota_gfx_task`            |`oled_task`                        |
274 |`iota_gfx_task_user`       |`oled_task_user`                   |