Fold start_gscycle() into tlc_update().
[dmxpainter.git] / src / tlc.c
1 #include <avr/io.h>
2
3 #include "tlc.h"
4
5 #include "mcu.h"
6
7 #include "buf.h"
8
9
10 /*********************************************************************/
11 /* Declaration of private constants.                                 */
12
13 #define TLC_N_CHANNELS_PER_TLC 16
14 #define TLC_N_TLCS_PER_PAINTER  3
15
16 #define TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER (TLC_N_TLCS_PER_PAINTER * TLC_N_CHANNELS_PER_TLC)
17
18 #define TLC_N_CHANNELS (N_PAINTER * TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER)
19
20
21 /*********************************************************************/
22 /* Declaration of private global variables.                          */
23
24 /**
25  * Flag to indicate that data is currently shifted out.
26  */
27 static volatile uint8_t shifting_;
28
29
30 /*********************************************************************/
31 /* Declaration of private functions.                                 */
32
33 static void clock_xlat(void);
34 static void clock_sclk(void);
35 static void set_blnk_on(void);
36 static void set_blnk_off(void);
37 static void set_vprg_gs_mode(void);
38 static void set_vprg_dc_mode(void);
39
40 static void send_dc_data(void);
41 static void send_gs_data(void);
42
43
44 /*********************************************************************/
45 /* Implementation of public interrupts.                              */
46
47 /**
48  * Handler for Output-Compare-Match interrupt on 16-bit timer:
49  * Syncs on GSCLK to start GS cycle.
50  */
51 void tlc_int_timer1_ocma(void)
52 {
53   // First, disable this interrupt.
54   mcu_int_timer1_ocma_disable();
55
56   // Leave BLNK mode (switch on LEDs and start GS cycle).
57   set_blnk_off();
58 }
59
60 /**
61  * Handler for Output-Compare-Match interrupt on 8-bit timer:
62  * Disables PWM when a full GSCK cycle is done.
63  */
64 void tlc_int_timer2_ocm(void)
65 {
66   // Go into BLNK mode (switch off LEDs and reset GSCLK counter)
67   set_blnk_on();
68
69   // Disable GS cycle timeout timer.
70   mcu_int_timer2_ocm_disable();
71
72   // Wait for next DMX packet.
73   shifting_ = 0;
74 }
75
76
77 /*********************************************************************/
78 /* Implementation of public functions.                               */
79
80 void tlc_init(void)
81 {
82   // We have to use the 16-bit timer for the GSCLK and the 8-bit
83   // timer for the timeout even though it would be better the other
84   // way round:  We need the OC2 pin for SPI and thus can generate 
85   // a PWM on OC1A (A because it can use ICR1 for TOP, p85) only.
86   // Do this setup before enabling the output (p86).
87
88   // Timer 1 is for our GSCLK:  We refresh with a GS cycle of
89   // about 100 Hz (cf. Timer 2), ie. each 10 ms.  For each full 
90   // cycle we needed to clock the PWM 4096 times which would be 
91   // a count of about 39 times between the pules:
92   //   n = 16 MHz / (4096 * 100 Hz) = 39.0625
93   // But we have to consider the time it takes to shift out the data
94   // so we don't have 10 ms for 4096 pulses, so we've got to speed 
95   // up, ie. count less clocks.  The count is adapted on demand later
96   // on, we'll initialize it with a reasonable default.
97   mcu_set_timer1_ic(38);
98   // Duty cycle as short as possible (see COM1A below).
99   mcu_set_timer1_ocma(1);
100   // * CS1   =  001: No prescaler. (p100)
101   // * WGM1  = 1110: Fast PWM, TOP at ICR1 (p78, p89, p98)
102   // * COM1A =   10: Set OC1A at 0, clear at OCM1A (p97)
103   // * COM1B =   00: No output on OC1B (p97)
104   TCCR1B = bits_value_indexed(CS1, 0)
105          | bits_value_indexed(WGM1, 3)
106          | bits_value_indexed(WGM1, 2);
107   TCCR1A = bits_value_indexed(WGM1, 1)
108          | bits_value_indexed(COM1A, 1);
109
110   // Timer 2 is the refresh timer which determines the time one GS
111   // cycle is finished; triggers Output Compare Match.
112   // * AS2  =   0: Use IO-clock (16 MHz) for base frequency (p119)
113   // * CS2  = 111: Use a prescaler of 1024 (p119)
114   // * WGM2 =  00: Normal mode, no PWM, count upwards (p117)
115   // * COM2 =  00: Disable Output on OC2, needed for SPI (p117)
116   TCCR2 = bits_value_indexed(CS2, 2)
117         | bits_value_indexed(CS2, 1)
118         | bits_value_indexed(CS2, 0);
119   // With a prescaler of 1024 this timer counts at 15.625 kHz,
120   // to get a 100 Hz clock we need to count 157 times (~ 99.5 Hz)
121   // and refresh after that (that equals to 4 PWM pulses when
122   // ignoring the shifting time).
123   //   n = (16 MHz / 1024) / 100 Hz = 156.25
124   mcu_set_timer2_ocm(156);
125
126   // All these pins write to the painter.
127   pin_out(PIN_TLC_GSCK);
128   pin_out(PIN_TLC_VPRG);
129   pin_out(PIN_TLC_XLAT);
130   pin_out(PIN_TLC_SCLK);
131   pin_out(PIN_TLC_SIN);
132
133   // This one writes too, but has to be initialized blanked
134   // (ie. LEDs off).  The external pullup took care against
135   // flickering on boot.
136   pin_out(PIN_TLC_BLNK);
137   set_blnk_on();
138
139   // Here we could read the return from the painter.
140   pin_in( PIN_TLC_SRTN);
141 }
142
143 void tlc_exec(void)
144 {
145   // If enabled, shift out DC once.
146   #ifdef TLC_DC_ONCE 
147     mcu_debug_on();
148     send_dc_data();
149     clock_xlat();
150   #endif
151 }
152
153 void tlc_update(void)
154 {
155   // TODO: Make this routine iterative.
156   // TODO: Is it possible to shift while GS cycle is active and 
157   //       XLAT when cycle is done?
158
159   // Don't send anything if PWM is still active.
160   if (shifting_) return;
161   shifting_ = 1;
162
163   // Restart and enable 100 Hz-timeout timer now so
164   // it includes the time we need to shift out data.
165   mcu_set_timer2_cnt(0);
166   mcu_int_timer2_ocm_enable();
167
168   // If not disabled, always shift out DC first.
169   #ifndef TLC_DC_ONCE
170     send_dc_data();
171     clock_xlat();
172   #endif
173
174   // No extra SCLK needed, just shift out all GS data.
175   send_gs_data();
176   clock_xlat();
177
178   // A final SCLK to notify 
179   clock_sclk();
180
181   // Start PWM with next GS pulse and continue in background...
182   mcu_int_timer1_ocma_enable();
183 }
184
185
186 /*********************************************************************/
187 /* Implementation of private functions.                              */
188
189 // XLAT pulse to apply data to internal register.
190 static void clock_xlat(void)
191 {
192   pin_on(PIN_TLC_XLAT);
193   pin_off(PIN_TLC_XLAT);
194 }
195
196 // SCLK pulse to clock in serial data from SIN.
197 static void clock_sclk(void)
198 {
199   pin_on(PIN_TLC_SCLK);
200   pin_off(PIN_TLC_SCLK);
201 }
202
203 static void set_blnk_on(void)
204 {
205   pin_on(PIN_TLC_BLNK);
206 }
207
208 static void set_blnk_off(void)
209 {
210   pin_off(PIN_TLC_BLNK);
211 }
212
213 static void set_vprg_gs_mode(void)
214 {
215   pin_off(PIN_TLC_VPRG);
216 }
217
218 static void set_vprg_dc_mode(void)
219 {
220   pin_on(PIN_TLC_VPRG);
221 }
222
223 /*********************************************************************/
224
225 static void shift8(uint8_t byte)
226 {
227   // Shift out all eight bits.
228   for (uint8_t bit = bits_uint8(1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); bit; bit >>= 1) {
229     if (byte & bit) {
230       pin_on(PIN_TLC_SIN);
231     } else {
232       pin_off(PIN_TLC_SIN);
233     }
234     clock_sclk();
235   }
236 }
237
238 static void shift12(uint8_t byte)
239 {
240   // The data in the upper 8 bits.
241   shift8(byte);
242
243   // Plus 4 zero bits (makes a shift by 4).
244   pin_off(PIN_TLC_SIN);
245   for (uint8_t bit = 4; bit; bit--) {
246     clock_sclk();
247   }
248 }
249
250 /*********************************************************************/
251
252 static void send_gs_data(void)
253 {
254   // Set VPRG to GS mode.
255   set_vprg_gs_mode();
256   // Because the TLCs are daisy-chained, we have to shift out the RGB data
257   // starting at the end.  Each painter has 3 TLCs (with 16 channels each), 
258   // for the colors red, green, blue.  So we've got to shift out the 16 blue
259   // channels of the last TLC first, then 16 green ones and finally 16 red 
260   // ones.  The last data we shift out is thus the first red of the first
261   // painter.
262   // This will always point to the start of the current painter data, 
263   // starting with the last one.
264   char * painter_gs = buf_gs__
265                     + TLC_N_CHANNELS
266                     - TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER;
267   // Find the current data byte to shift out, starting with the last one.
268   // Its signed so we can determine when we reached the end/start, eight
269   // bit are enough to index 48 channels per painter.
270 #if TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER != 48
271 #error What a weird painter...
272 #endif
273   while (1) {
274     int8_t index = TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER - 1;
275     while (1) {
276       // Shift out current channel.
277       shift12(painter_gs[index]);
278
279       // Skip two colors.
280       index -= 3;
281
282       // If we reached the start, we jump to the next color.
283       if (index < 0) {
284         // Did we just finish the last (ie. red) channel?
285         if (index == -3)
286           break;
287
288         // Jump to end again and skip to next color.
289         index += TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER - 1;
290       }
291     }
292
293     // Did we just finish the last (ie. first) painter?
294     if (painter_gs == buf_gs__)
295       break;
296
297     // Move to next painter.
298     painter_gs -= TLC_N_CHANNELS_PER_PAINTER;
299   }
300 }
301
302 static void send_dc_data(void)
303 {
304   // Set VPRG to DC mode. 
305   set_vprg_dc_mode();
306
307   // All TLCs on all the connected painters will get the same DC value.
308   // That makes it easy to generate the 6-Bit format we need:  We just
309   // create a constant buffer for the packed rgb values, containing four
310   // values for each color.
311   uint8_t dc_out[3][3];
312   for (int8_t rgb = 2; rgb >= 0; rgb--) {
313     uint8_t dc_data = buf_dc__[rgb] & bits_uint8(1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0);
314     dc_out[rgb][2] = (dc_data << 0) | (dc_data >> 6);
315     dc_out[rgb][1] = (dc_data << 2) | (dc_data >> 4);
316     dc_out[rgb][0] = (dc_data << 4) | (dc_data >> 2);
317   }
318
319   // Now, shift out the dc-data like we do it with the gs-data:  First the
320   // last blue, then green and red of the last painter, until we reach the
321   // first red.
322   int8_t painter = N_PAINTER;
323   do {
324     int8_t rgb = 3 - 1;
325     do {
326       int8_t index = (TLC_N_CHANNELS_PER_TLC / 4) * 3 - 1;
327       do {
328         shift8(dc_out[rgb][index % 3]);
329         index--;
330       } while (index != -1);
331       rgb--;
332     } while (rgb != -1);
333     painter--;
334   } while (painter != 0);
335 }
336
337 /*********************************************************************/