SPI OLED 제어 — SSD1306·Frame Buffer·Page 단위 갱신
#한 줄 요약
“128×64 = 1024 byte framebuffer. RAM에 그리고 SPI로 한 번에 송신.” SSD1306 OLED는 임베디드 graphic display의 기본.
#어떤 상황에서 쓰나
작은 graphic display가 필요할 때 — 산업 sensor의 trend chart, smart watch, 3D printer status, BLE module debug screen. SSD1306 controller가 들어간 128×64 또는 128×32 OLED 모듈은 1-3 달러에 SPI/I2C 둘 다 지원합니다. 더 큰 화면이 필요하면 SH1106 (132×64), SSD1309 (128×64 더 큰 module).
이 글은 SPI OLED 128×64를 STM32에 연결하고 framebuffer 기반 graphics를 구현합니다.
#핵심 개념
#SSD1306 핀 (SPI 4-wire)
OLED 역할───── ────GND GNDVCC 3.3VSCL SPI clockSDA SPI MOSIRES reset (active-low)DC 0=command, 1=dataCS chip select (active-low)I2C 변종은 SDA·SCL 2 wire만 + address pin 1개.
#Framebuffer layout
SSD1306은 128×64 pixel을 “page” 8개로 나눕니다. 한 page는 8 row × 128 column, 한 column이 8 vertical pixel = 1 byte.
Page 0: rows 0-7 (1 byte vertical per col)Page 1: rows 8-15...Page 7: rows 56-63
Total: 8 page × 128 col × 1 byte = 1024 bytesbyte의 LSB가 top row입니다 (page 0의 0xFF = column 전체 ON, 0x01 = top pixel만).
#Memory addressing mode
Horizontal: col 증가 후 page wrap → 좌상부터 우하까지 일렬Vertical: page 증가 후 col wrapPage: 한 page 안에서만, page는 수동 set전체 framebuffer 한 번에 보내려면 horizontal mode가 효율적.
#Init sequence
SSD1306 datasheet의 init sequence는 charge pump enable이 핵심. 잘못하면 깜빡임이나 dim.
const uint8_t ssd1306_init[] = { 0xAE, // display OFF 0xD5, 0x80, // clock divider 0xA8, 0x3F, // multiplex 1/64 0xD3, 0x00, // display offset 0 0x40, // start line 0 0x8D, 0x14, // charge pump enable 0x20, 0x00, // horizontal addressing mode 0xA1, // segment remap (mirror) 0xC8, // COM scan dir (mirror) 0xDA, 0x12, // COM pins config 0x81, 0xCF, // contrast 0xD9, 0xF1, // pre-charge 0xDB, 0x40, // VCOMH deselect level 0xA4, // output follows RAM 0xA6, // normal display (not inverted) 0xAF, // display ON};#코드 예제
#1. Low-level send
// CS=PA4, DC=PA3, RES=PA2 + SPI1 (PA5/6/7)static void oled_send_cmd(uint8_t cmd) { GPIOA->BSRR = (1u << (3+16)); // DC=0 (command) GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); // CS=0 spi_xfer8(cmd); while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY); GPIOA->BSRR = (1u << 4);}
static void oled_send_data(const uint8_t *data, uint16_t n) { GPIOA->BSRR = (1u << 3); // DC=1 (data) GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); // CS=0 for (uint16_t i = 0; i < n; i++) spi_xfer8(data[i]); while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY); GPIOA->BSRR = (1u << 4);}#2. Init
void oled_init(void) { // GPIO setup gpio_init(GPIOA, 2, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT}); // RES gpio_init(GPIOA, 3, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT}); // DC gpio_init(GPIOA, 4, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_OUTPUT}); // CS GPIOA->BSRR = (1u << 4); // CS high (deselect)
// Hardware reset GPIOA->BSRR = (1u << (2+16)); delay_ms(10); GPIOA->BSRR = (1u << 2); delay_ms(10);
// SPI is already initialized (e.g., 10 MHz, mode 0) for (size_t i = 0; i < sizeof(ssd1306_init); i++) { oled_send_cmd(ssd1306_init[i]); }}#3. Framebuffer + flush
#define OLED_W 128#define OLED_H 64
static uint8_t fb[OLED_W * OLED_H / 8]; // 1024 bytes
void oled_clear(void) { memset(fb, 0, sizeof(fb));}
void oled_pixel(int16_t x, int16_t y, int on) { if (x < 0 || x >= OLED_W || y < 0 || y >= OLED_H) return; uint16_t idx = (y / 8) * OLED_W + x; uint8_t bit = 1u << (y % 8); if (on) fb[idx] |= bit; else fb[idx] &= ~bit;}
void oled_flush(void) { oled_send_cmd(0x21); oled_send_cmd(0); oled_send_cmd(127); // col range oled_send_cmd(0x22); oled_send_cmd(0); oled_send_cmd(7); // page range oled_send_data(fb, sizeof(fb));}framebuffer는 RAM 1 KB. 모든 그리기는 fb 수정만, 마지막에 flush 한 번으로 화면 갱신.
#4. Line draw (Bresenham)
void oled_line(int16_t x0, int16_t y0, int16_t x1, int16_t y1) { int16_t dx = abs(x1 - x0), sx = x0 < x1 ? 1 : -1; int16_t dy = -abs(y1 - y0), sy = y0 < y1 ? 1 : -1; int16_t err = dx + dy;
while (1) { oled_pixel(x0, y0, 1); if (x0 == x1 && y0 == y1) break; int16_t e2 = err * 2; if (e2 >= dy) { err += dy; x0 += sx; } if (e2 <= dx) { err += dx; y0 += sy; } }}#5. Text — 5×7 bitmap font
#include "font5x7.h" // 95 character × 5 byte each
void oled_char(int16_t x, int16_t y, char c) { if (c < 32 || c > 126) c = '?'; const uint8_t *glyph = font5x7[c - 32]; for (int col = 0; col < 5; col++) { uint8_t byte = glyph[col]; for (int row = 0; row < 7; row++) { if (byte & (1 << row)) oled_pixel(x + col, y + row, 1); } }}
void oled_text(int16_t x, int16_t y, const char *s) { while (*s) { oled_char(x, y, *s++); x += 6; }}#6. Partial update — DMA
전체 1024 byte를 매 frame 보내면 10 MHz SPI에서 ~820 µs. 60 Hz update면 5% CPU. DMA로 옮기면 0%.
void oled_flush_dma(void) { oled_send_cmd(0x21); oled_send_cmd(0); oled_send_cmd(127); oled_send_cmd(0x22); oled_send_cmd(0); oled_send_cmd(7);
GPIOA->BSRR = (1u << 3); // DC=1 GPIOA->BSRR = (1u << (4+16)); // CS=0
DMA2_Stream3->M0AR = (uint32_t)fb; DMA2_Stream3->NDTR = sizeof(fb); DMA2_Stream3->CR |= DMA_SxCR_EN;}
void DMA2_Stream3_IRQHandler(void) { DMA2->LIFCR = DMA_LIFCR_CTCIF3; while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY); GPIOA->BSRR = (1u << 4); // CS high}#측정 / 동작 확인
OLED에 픽셀이 보이면 success. 안 보이면:
- VCC — 3.3V 정확히. 5V는 OLED 파괴.
- Init sequence — charge pump enable (0x8D, 0x14) 확인.
- Reset pulse — 10 ms low 후 10 ms high.
- CS / DC 핀 — voltage check, 0/1이 정확히 들어가는지.
scope로 SPI 전송 확인.
- update 한 번: 1024 byte @ 10 MHz → 약 820 µs transaction (
CS low→ data →CS high) - 60 Hz update: 매 16.6 ms마다 위 transaction 한 번 발생
#자주 보는 함정
⚠️ Charge pump 안 켬
display ON인데 너무 dim하면 0x8D 0x14 누락 의심.
⚠️ DC 핀 잘못 (command과 data 섞임)
random pixel pattern이 보이면 DC mode 토글 오류.
⚠️ Address mode 잘못
horizontal mode (0x20 0x00)인데 col/page set 안 함. flush 전마다 col/page range 설정.
⚠️ Framebuffer를 직접 SPI로 보냄
framebuffer가 변하지 않았는데 매 frame 보내면 낭비. dirty flag로 변경 시만 flush.
⚠️ 5×7 font line spacing
7-pixel char를 row 0과 row 7에 배치하면 겹침. 줄 간격 8 pixel.
⚠️ I2C OLED를 SPI mode 코드로
같은 SSD1306 chip이지만 module에 따라 I2C 또는 SPI 고정. 결선과 코드 매칭.
#정리
- SSD1306 OLED = 128×64 = 1024 byte framebuffer.
- 8 page × 128 column × 1 byte vertical layout.
- Init에 charge pump enable (0x8D 0x14)가 핵심.
- Bresenham line + 5×7 font로 기본 graphics 충분.
- DMA flush로 CPU 0%, 60 Hz update.
다음 편은 TFT display입니다. parallel RGB, LTDC, framebuffer, double buffering을 다룹니다.
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