S3C2440上LCD驅(qū)動（FramBuffer）實例開發(fā)詳解（一）

　　嵌入式Linux之我行，主要講述和總結(jié)了本人在學(xué)習(xí)嵌入式linux中的每個步驟。一為總結(jié)經(jīng)驗，二希望能給想入門嵌入式Linux的朋友提供方便。如有錯誤之處，謝請指正。

　　一、開發(fā)環(huán)境

　　編譯器：arm-linux-gcc-4.3.2

　　二、背景知識

　　1. LCD工作的硬件需求：

　　要使一塊LCD正常的顯示文字或圖像，不僅需要LCD驅(qū)動器，而且還需要相應(yīng)的LCD控制器。在通常情況下，生產(chǎn)廠商把LCD驅(qū)動器會以COF/COG的形式與LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器則是由外部的電路來實現(xiàn)，現(xiàn)在很多的MCU內(nèi)部都集成了LCD控制器，如S3C2410/2440等。通過LCD控制器就可以產(chǎn)生LCD驅(qū)動器所需要的控制信號來控制STN/TFT屏了。

　　2. S3C2440內(nèi)部LCD控制器結(jié)構(gòu)圖：

　　我們根據(jù)數(shù)據(jù)手冊來描述一下這個集成在S3C2440內(nèi)部的LCD控制器：

　　a：LCD控制器由REGBANK、LCDCDMA、TIMEGEN、VIDPRCS寄存器組成;

　　b：REGBANK由17個可編程的寄存器組和一塊256*16的調(diào)色板內(nèi)存組成，它們用來配置LCD控制器的;

　　c：LCDCDMA是一個專用的DMA，它能自動地把在偵內(nèi)存中的視頻數(shù)據(jù)傳送到LCD驅(qū)動器，通過使用這個DMA通道，視頻數(shù)據(jù)在不需要CPU的干預(yù)的情況下顯示在LCD屏上;

　　d：VIDPRCS接收來自LCDCDMA的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合適的數(shù)據(jù)格式，比如說4/8位單掃，4位雙掃顯示模式，然后通過數(shù)據(jù)端口VD[23:0]傳送視頻數(shù)據(jù)到LCD驅(qū)動器;

　　e：TIMEGEN由可編程的邏輯組成，他生成LCD驅(qū)動器需要的控制信號，比如VSYNC、HSYNC、VCLK和LEND等等，而這些控制信號又與REGBANK寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5的配置密切相關(guān)，通過不同的配置，TIMEGEN就能產(chǎn)生這些信號的不同形態(tài)，從而支持不同的LCD驅(qū)動器(即不同的STN/TFT屏)。

　　3. 常見TFT屏工作時序分析：

　　LCD提供的外部接口信號：

　　VSYNC/VFRAME/STV：垂直同步信號(TFT)/幀同步信號(STN)/SEC TFT信號;

　　HSYNC/VLINE/CPV：水平同步信號(TFT)/行同步脈沖信號(STN)/SEC TFT信號;

　　VCLK/LCD_HCLK：象素時鐘信號(TFT/STN)/SEC TFT信號;

　　VD[23:0]：LCD像素數(shù)據(jù)輸出端口(TFT/STN/SEC TFT);

　　VDEN/VM/TP：數(shù)據(jù)使能信號(TFT)/LCD驅(qū)動交流偏置信號(STN)/SEC TFT 信號;

　　LEND/STH：行結(jié)束信號(TFT)/SEC TFT信號;

　　LCD_LPCOE：SEC TFT OE信號;

　　LCD_LPCREV：SEC TFT REV信號;

　　LCD_LPCREVB：SEC TFT REVB信號。

　　所有顯示器顯示圖像的原理都是從上到下，從左到右的。這是什么意思呢?這么說吧，一副圖像可以看做是一個矩形，由很多排列整齊的點一行一行組成，這些點稱之為像素。那么這幅圖在LCD上的顯示原理就是：

　　A：顯示指針從矩形左上角的第一行第一個點開始，一個點一個點的在LCD上顯示，在上面的時序圖上用時間線表示就為VCLK，我們稱之為像素時鐘信號;

　　B：當(dāng)顯示指針一直顯示到矩形的右邊就結(jié)束這一行，那么這一行的動作在上面的時序圖中就稱之為1 Line;

　　C：接下來顯示指針又回到矩形的左邊從第二行開始顯示，注意，顯示指針在從第一行的右邊回到第二行的左邊是需要一定的時間的，我們稱之為行切換;

　　D：如此類推，顯示指針就這樣一行一行的顯示至矩形的右下角才把一副圖顯示完成。因此，這一行一行的顯示在時間線上看，就是時序圖上的HSYNC;

　　E：然而，LCD的顯示并不是對一副圖像快速的顯示一下，為了持續(xù)和穩(wěn)定的在LCD上顯示，就需要切換到另一幅圖上(另一幅圖可以和上一副圖一樣或者不一樣，目的只是為了將圖像持續(xù)的顯示在LCD上)。那么這一副一副的圖像就稱之為幀，在時序圖上就表示為1 Frame，因此從時序圖上可以看出1 Line只是1 Frame中的一行;

　　F：同樣的，在幀與幀切換之間也是需要一定的時間的，我們稱之為幀切換，那么LCD整個顯示的過程在時間線上看，就可表示為時序圖上的VSYNC。

　　上面時序圖上各時鐘延時參數(shù)的含義如下：(這些參數(shù)的值，LCD產(chǎn)生廠商會提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊)

　　VBPD(vertical back porch)：表示在一幀圖像開始時，垂直同步信號以后的無效的行數(shù)，對應(yīng)驅(qū)動中的upper_margin;

　　VFBD(vertical front porch)：表示在一幀圖像結(jié)束后，垂直同步信號以前的無效的行數(shù)，對應(yīng)驅(qū)動中的lower_margin;

　　VSPW(vertical sync pulse width)：表示垂直同步脈沖的寬度，用行數(shù)計算，對應(yīng)驅(qū)動中的vsync_len;

　　HBPD(horizontal back porch)：表示從水平同步信號開始到一行的有效數(shù)據(jù)開始之間的VCLK的個數(shù)，對應(yīng)驅(qū)動中的left_margin;

　　HFPD(horizontal front porth)：表示一行的有效數(shù)據(jù)結(jié)束到下一個水平同步信號開始之間的VCLK的個數(shù)，對應(yīng)驅(qū)動中的right_margin;

　　HSPW(horizontal sync pulse width)：表示水平同步信號的寬度，用VCLK計算，對應(yīng)驅(qū)動中的hsync_len;

　　對于以上這些參數(shù)的值將分別保存到REGBANK寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5寄存器中：(對寄存器的操作請查看S3c2440數(shù)據(jù)手冊LCD部分)

　　LCDCON1：17 - 8位CLKVAL

　　6 - 5位掃描模式(對于STN屏:4位單/雙掃、8位單掃)

　　4 - 1位色位模式(1BPP、8BPP、16BPP等)

　　LCDCON2：31 - 24位VBPD

　　23 - 14位LINEVAL

　　13 - 6位VFPD

　　5 - 0位VSPW

　　LCDCON3：25 - 19位HBPD

　　18 - 8位HOZVAL

　　7 - 0位HFPD

　　LCDCON4： 7 - 0位HSPW

　　LCDCON5：

　　4. 幀緩沖(FrameBuffer)：

　　幀緩沖是Linux為顯示設(shè)備提供的一個接口，它把一些顯示設(shè)備描述成一個緩沖區(qū)，允許應(yīng)用程序通過FrameBuffer定義好的接口訪問這些圖形設(shè)備，從而不用去關(guān)心具體的硬件細(xì)節(jié)。對于幀緩沖設(shè)備而言，只要在顯示緩沖區(qū)與顯示點對應(yīng)的區(qū)域?qū)懭腩伾?，對?yīng)的顏色就會自動的在屏幕上顯示。下面來看一下在不同色位模式下緩沖區(qū)與顯示點的對應(yīng)關(guān)系：

　　幀緩沖設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)的字符型設(shè)備，在Linux中主設(shè)備號29，定義在/include/linux/major.h中的FB_MAJOR，次設(shè)備號定義幀緩沖的個數(shù)，最大允許有32個FrameBuffer，定義在/include/linux/fb.h中的FB_MAX，對應(yīng)于文件系統(tǒng)下/dev/fb%d設(shè)備文件。

　　1. 幀緩沖設(shè)備驅(qū)動在Linux子系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)如下：

　　我們從上面這幅圖看，幀緩沖設(shè)備在Linux中也可以看做是一個完整的子系統(tǒng)，大體由fbmem.c和xxxfb.c組成。向上給應(yīng)用程序提供完善的設(shè)備文件操作接口(即對FrameBuffer設(shè)備進(jìn)行read、write、ioctl等操作)，接口在Linux提供的fbmem.c文件中實現(xiàn);向下提供了硬件操作的接口，只是這些接口Linux并沒有提供實現(xiàn)，因為這要根據(jù)具體的LCD控制器硬件進(jìn)行設(shè)置，所以這就是我們要做的事情了(即xxxfb.c部分的實現(xiàn))。