记一次对未知液晶屏幕GWMS15197C19120207的软硬件逆向过程

啊啊斑斑驳驳

前言

很久以前从淘宝店铺“老王电子数码DIY”买了几个屏幕。在商品评价中已有卖家提供了点亮图片，但是这个卖家是偶然点亮的，无法能提供更多的信息。


从卖家评论的图片可以获得一些有效信息：
1、这是一个COG的字符型液晶屏；
2、该屏幕可显示两行5*8的字符，再加一行图标；
3、该屏幕有10个引脚，通信方式为SPI或I2C；
4、根据图标中的文字，kWAh、Prepay 可以确定这是一个智能电表上使用的定制屏幕。在淘宝搜索的智能电表，售卖的电表均使用中文图标显示信息。对比可以确定这个屏幕是外贸产品。查找相似屏幕驱动IC型号。

在拿到屏幕后，将屏幕从支架上拆下。屏幕背部的标签显示，此屏幕的型号为：GWMS15197C19120207；生产日期为：2020年2月17日。


在淘宝搜索“COG 1602”，搜索到的屏幕都是使用ST7032、ST7032S或ST7032I作为驱动芯片。获取ST7032的数据手册。ST7032的芯片尺寸为 5130.0 x 1080.0μm。测量本屏幕的驱动芯片宽度约4mm。尺寸不对，确认本屏幕的驱动芯片不是ST7032。

拆解驱动芯片

此时已经没有了探索方向。只能拆下驱动IC，看看能否从驱动芯片上获取到一些信息。开始拆解屏幕驱动芯片。

拆解驱动芯片步骤：
1、将棉签去掉棉花，把木棒削成一字螺丝刀的形状。


2、用削好的棉签刮掉IC周围的密封胶。木棒相对ITO线路是比较软的，不会划伤ITO。使用木棒刮掉大部分密封胶，此时还有一层密封胶附着在玻璃上，继续使用棉签刮除密封胶，通过表面反光可以观察到密封胶是否刮除干净。这里刮除干净是为了后续拍摄ITO线路，如果只为了拆IC，则刮除掉大部分即可。


3、加热IC背面，使用尺子推下IC。加热拆IC是在逛咸鱼时，从卖拆屏幕驱动芯片加热台的视频里学来的。ACF胶大概在180到200摄氏度软化，如果使用加热台拆IC，温度开到200摄氏度左右即可。由于此屏幕使用铁夹引出引脚，无法使用加热台，所以这里演示使用936烙铁拆IC。

首先将烙铁横放，温度开到350摄氏度以上。然后将驱动芯片朝上放到烙铁上。等到ACF胶升温软化，这里的时间自己把握，温度高了时间短点儿。使用钢尺包两层高温胶带，尽可能平着推IC，不要使用太大力，防止IC推下来后撞到屏幕上层玻璃碎裂。这里也可以不用钢尺，只要是端面平整、耐高温、且不是非常硬的都可以，比如PCB尺子。


将烙铁横放



将驱动IC放到烙铁上



使用钢尺将IC推掉



4、对拆下来的IC进行清洗。IC表面的ACF胶使用常见的溶剂，如酒精、530、洗板水，是无法洗掉的，要使用专业的ACF去除液，淘宝可以买到。ACF去除液的使用方法请根据商家提供的操作方法使用。注意：ACF去除液属于酸性易挥发液体，使用时请注意通风和安全。打开瓶盖时，瓶口和打开位置要朝外，防止液体飞溅到身上，必须要佩戴护目镜和橡胶手套。5、 到此拆解驱动芯片完成。

从IC上查找型号信息

清洗干净IC后使用工业单筒显微镜配合2X的镜头对IC进行拍照拼接。拼接图片使用开源图像编辑软件GIMP。
拍摄到的IC没有明显的型号、厂商标志。且分辨率较低无法看到比较小的文字。于是，更换为工业同轴光单筒显微镜配合明兹长距离无限远平场5X金相物镜进行查找有用信息。依然没有找到任何有用的信息。果断买了明兹长距离无限远平场10X金相物镜。使用10X金相物镜后，终于找到了一串编码：A2099，由此确定此芯片属于Sitronix。

技巧：Sitronix的芯片都没有型号或厂商标志，只有一串“Axxxx”形式的编码，以A开头后跟4位数字。


在Sitronix官网查找COG、字符型、带ICON的驱动芯片。有可能的芯片为ST7032、ST7032S、ST7036、ST7038S、ST7039S。通过网络找到了ST7032、ST7036、ST7038、ST7038S的数据手册。对比数据手册中的芯片尺寸和焊盘排列，确认此屏幕驱动芯片为ST7038S。


下图是使用5X金相物镜拍摄，芯片表面滴加了酒精，以提高清晰度。可以看到编码“A2099”已经无法分辨。


逆向芯片外围电路和屏幕引出引脚

使用金相显微镜对屏幕ITO进行拍摄拼接。通过对比数据手册，得出了屏幕引脚定义和芯片外围电路。



观察芯片外围电路，这里有一些问题：
1、IF2，IF1，IF0=HHL，在数据手册未给出此种配置。
2、32~35 Reserved引脚并未按数据手册要求连接到VSS，而是32和34连接到VDD，33和35连接到VSS。猜测这些引脚可能有作用。
3、DB0~DB7并没有按照数据手册中的要求连接。通过DB0~DB7的电路，可以确定是此屏幕是使用I2C通信。但无法确定屏幕Pin7和Pin8哪个是SCL，哪个是SDA。

屏幕断裂检测

Pin1和Pin10是连接到一起的，环绕整个屏幕，用于检测屏幕是否破裂。测量得到Pin1和Pin10间的阻值为20KΩ。通过检测Pin1和Pin10之间的阻值或通断，可以判断屏幕是否完好。


检测屏幕引脚定义和I2C地址
使用合宙Air101，写了一段I2C地址扫描程序。通过交换屏幕与Air101的引脚连接，最终确定引脚定义为：

注：屏幕正面朝上，引脚朝向自己，从左到右。屏幕I2C地址为0x3E。

开始点屏

初次点屏：根据ST7038S数据手册中的I2C初始化步骤，写了初始化程序，可以点亮屏幕。对比度调到最大。


对比度调到0x58。


开始测试扩展指令

对数据手册中的“扩展指令”（记住了只对扩展指令做了测试，等会儿要考）逐个测试，发现了很多问题。
1、不能设置为2行显示，双高显示。
2、无法设置COM/SEG的扫描方向。
3、无法设置CGRAM大小。
4、不能显示图标。
5、ICON/Power Control指令的DB3必须置1，才能正常显示，DB2~DB0无效。

无论怎样对这些扩展指令做修改，都无法修改显示设置。此时点屏进度陷入停滞，开始怀疑屏幕是坏的，驱动芯片是坏的。为了验证程序的正确性和驱动芯片是否正常，斥巨资（相对于这个屏幕）买了两个驱动芯片是ST7038S的LCD1603屏幕。使用相同的指令测试LCD1603，各项显示设置都能正确显示。由此更加开始怀疑屏幕或驱动芯片是坏的。

使用可调电源测试面板ITO线路是否正常对之前拆解芯片的屏幕做测试。将可调电源调到6.5V，使用电源正极在ITO上滑动，对应的像素可以正常显示，第二行字符也有显示，图标也能显示。确认面板没有损坏。

COM0~7测试。


COM8~15测试。


SEG测试。


示波器测试驱动信号和升压电路

使用一个新的屏幕，去除密封胶，初始化屏幕，使用有示波器直接测试玻璃上的驱动信号。
搭建测试环境。通过玻璃反光，可以看到很清晰的ITO线路。


示波器测试平台，探针与ITO接触



测试后，发现COM0~COM7，ICON以及SEG都有驱动信号，COM8~COM15上没有驱动信号。屏幕引出的电源引脚上也有电平。

CH1：COM0~COM7；CH2：COM8~COM15。


CH1：COM；CH2：SEG。


CH1：COM；CH2：ICON。


CH1：COM；CH2：V0。


CH1：COM；CH2：XV0。


CH1：COM；CH2：VG。


CH1：XV0；CH2：V0。


由此猜测可能是IC没有压接好，或者IC损坏。
但是，屏幕已经装好支架，肯定是测试正常的，驱动芯片和面板肯定好的，绝对可以排除驱动芯片和面板损坏的情况。

突破口：由另一款屏幕带来的突破

点屏又陷入了停滞，于是转头去点亮另一款驱动芯片为ST7032的1601屏幕。突破口来了。
在ST7032数据手册中，COM/SEG扫描方向和CGRAM大小由硬件引脚电平配置。联想到此屏幕驱动芯片的引脚连接与数据手册不匹配。于是大胆猜测，这款屏幕使用的ST7038S极有可能是一款定制功能的芯片。


通过芯片引脚连接，能够发现32~35引脚并未按数据手册要求连接到VSS，而是32和34连接到VDD，33和35连接到VSS，之前猜测这些引脚可能有作用，现在来看这个猜测可能是正确的。
根据逆向的面板ITO电路、显示效果和数据手册对比可以确定：SEG的扫描方向为79->0，COM的扫描方向为0->23，扫描方向配置为SHLC=1，SHLS=0；根据显示效果可以确定CGRAM的大小为8 Byte，CGRAM大小的配置为OPR1=1，OPR2=0。


按照ST7032的引脚排列猜测的ST7038S的32到35引脚名，根据ITO电路得到的引脚电平，以及配置的作用，如下图所示。


现在可以确定了，这款屏幕的驱动芯片是定制的。
而带来的思考是：既然引脚都可以定制，那么指令集是否也做了定制呢？答案是肯定的，不然屏幕早就完全点亮了。

对扩展指令集2遍历测试

对Set Display Mode指令：0x1x低4位从0x00到0x0F遍历测试，显示效果没有任何变化。对Select CGRAM & COM/SEG direction指令：0x4x低4位从0x00到0x0F遍历测试，显示效果没有任何变化。对Set Frame Rate指令：0x5x低4位从0x00到0x0F遍历测试，显示效果没有任何变化。对0x6x低4位从0x00到0x0F遍历测试，当发送0x68、0x69、0x6c或0x6d指令时，屏幕全显。对0x7x低4位从0x00到0x0F遍历测试，当发送0x71、0x73、0x75、0x77、0x79、0x7D或0x7F指令时，屏幕显示关闭；当发送0x72、0x7A、0x7B或0x7E指令时，屏幕轻微闪烁后正常。因为0x6x和0x7x在ST7038S和ST7032的数据手册中都没有提及，猜测这两个指令可能是用于芯片或屏幕测试。

对扩展指令集1遍历测试
对Follower Control指令：0x1x低4位从0x00到0x0F遍历测试。随着指令从0x10到0x17变化，光标闪烁速度在加快；当指令从0x17变为0x18，显示对比度会发生轻微的变化。在ST7032数据手册中，指令表1的0x1x指令用于设置偏压和时钟频率，这正好与观察到的显示现象相符。确认本屏幕驱动芯片的扩展指令表1的0x1x指令的DB3用于设置偏压，DB2~DB0用于设置时钟频率。

ST7032扩展指令集1 设置内部时钟频率。


对Set ICON RAM Address指令：0x4x低4位从0x00到0x0F遍历测试。屏幕没有任何变化，图标不显示。对ICON/Power Control指令：0x4x低4位从0x00到0x0F遍历测试。必须将DB3 Ion置1，屏幕才能正常显示，DB2~DB0Bon、Ron、Fon不影响显示效果。这里还发现了一个现象：DB3 Ion置1后，过几秒，再将DB3Ion置0，会显示异常，表现为第一行字符的7和8两行全部显示，部分图标显示。

正常显示。


异常显示。


对V0 Control 2指令：0x7x低4位从0x00到0x0F遍历测试。对比度正常变化。
对V0 Control 1指令：0x5x低3位从0x00到0x07遍历测试。对比度正常变化。注意了，这里埋了雷，没有对DB3进行测试。

对扩展指令集0遍历测试

对Cursor or Display Shift指令：0x4x低4位从0x00到0x0F遍历测试。屏幕正常按照预期显示。
对Set CGRAM Address指令：0x4x低6位从0x00到0x3F遍历测试。可以正常写入数据到CGRAM，屏幕正常显示。

又陷入停滞：还是从ST7032数据手册找到方向

在对所有的扩展指令进行测试后，还是没有找到设置双行显示、双高显示和显示图标的指令，又没有了方向。到现在所有的测试都是在对扩展指令进行测试，没有对默认指令表做测试，埋的雷还在。此屏幕设置偏压和设置时钟频率指令与ST7032相同，所以继续对比ST7032和ST7038S 的指令表。找到了两个芯片默认指令表的Function Set指令有不同。

雷终于露头了。于是，对Function Set指令：0x2x低5位从0x00到0x1F遍历测试。终于找到了关于双行显示、双高显示的设置指令。Function Set指令的DB3设置单行还是双行显示，DB2设置单高还是双高显示。

单行单高。


单行双高。


双行单高。


寻找显示图标的指令

此时还没有找到打开ICON显示指令。继续研究扩展指令集1的ICON/PowerControl指令。通过改变ICON/Power Control指令设置和测量XV0、V0、VG，确认ICON/Power Control指令并不影响升压电路。当改变对比度时，测量XV0、V0、VG的电压，此时电压是有变化的。在研究过升压、稳压、跟随电路的作用后，我认为ICON/Power Control指令的DB3是Fon，可以控制跟随电路的开启和关闭；DB2~DB0，无作用。在研究ICON/Power Control指令时，瞟到了V0 Control 1指令的DB3 “PD”，从开始到现在还没有对这位做过测试。最后一个雷露头了。将PD置1后，图标终于可以正常显示了。

图标显示。


整理指令集

所有的指令都已经通过测试，最终整理出了这份指令表。到此所有的逆向工作都已完成。



总结

在测试过程中，没有做笔记记录想法和操作，且精神高度集重，导致我忘记了很多细节，而且还要去补拍一些图。拍照时使用台灯打光，亮度较暗，而且屏幕会反光，导致拍出来的图片质量不太好，后续可能要做个打光的高亮度灯。

在整个逆向过程中，对我来说并没使用到高级知识和技术，更多的是对示波器、显微镜、GIMP等软硬件的基础操作。即使是使用LUA编程也没有用到比较高级的编程技术，只用了很简单的I2C库的基础操作，因此我的测试代码没有参考意义，就不再粘贴代码了。

吐槽

买的两个TMD 1603屏幕是真TMD贵。1.44寸TFT彩屏才TMD7块多一个，这TMD一个单色1603，居然TMD要卖TMD14一个，居然还TMD有TMD18块一个的。


使用到的工具

软件：
1、  VS Code ，代码编辑器
2、  DSview，DSLogic逻辑分析仪上位机
3、  GIMP，开源图像编辑软件
硬件：
1、 DSLogic逻辑分析仪
2、 DS1052E示波器
3、 Air101开发板


资料整理

所有的图片资料、指令集、引脚定义和数据手册已上传到百度网盘。分享连接：https://pan.baidu.com/s/1QPGD6CTOTzIqLwWhT4D2Hw?pwd=jg14

wzj9944

真正的大神

没有原因

这个是真大神，也是费心费神。

1065307738

高手高手，这屏老王不知道忽悠了多少人。说是12864，那销量蹭蹭的，后来有人图片说不是12864，瞬间没了销量。就再也没人对这屏有兴趣了。你这一点亮，这屏可以当1602用啊。

gl542400

真神人，分析出来。现在屏幕太多了，量又大。慢慢等好屏幕。

z2091981

这是真大神，是我只能扔垃圾桶了

wwb2002

哈哈，电子垃圾真害人

wwb2002

推荐精华！这屏没资料还要10几块钱，是为什么

nokia5320

金相显微镜太好用了，比我的双目立体显微镜好多了

啊啊斑斑驳驳

wwb2002 发表于 2023-7-16 20:23
推荐精华！这屏没资料还要10几块钱，是为什么

14元一个的1603屏幕是从1688上液晶屏制造商那里买的。被逆向的屏幕是从淘宝买的，只要一块钱一个。

wywa123

牛逼~补丁

tjzbf

来来，显摆一下你的装备吧

orima

我买了OLED 屏

cj8510

没有资料点屏，大神收下我的膝盖

梦里寻道

很专业的大神。

zhkrid

这屏幕不值钱了

acxz

大神云集！！！！

yingguang

大神这个屏幕能做什么用？

bg4jkl

这个屏幕可被楼主吃透了

lingyer1

这个真是太厉害了，膜拜大神