基于LVDS接口的LCD顯示系統設計

尹凱

摘要：本文介紹了具有LVDS接口的LCD在嵌入式顯示系統中的應用，詳細討論了與ARM處理器的接口電路設計和Linux驅動開發。

關鍵詞：LVDS;LCD;幀緩沖

1.引言

LVDS接口的LCD具有傳輸數據快，功耗低等特點。LCD顯示一幅畫面稱為一幀，對于畫面中的所有RGB像素點，在Linux驅動中會有一段緩沖區與之對應，該緩沖區被稱為幀緩沖。本文主要探討了ARM處理器RGB數據的串行化輸出和Linux幀緩沖驅動的配置操作。

2.硬件電路設計

2.1LCD接口信號定義

本系統使用的是三菱電子的6.5寸LCD模塊AA065VE11，該模塊顯示分辨率為640×480，在接收端采用LVDS接口（使用的接口器件為THC63LVDF84B），支持單路6bit/8bit的RGB數據格式，管腳定義如下表所示。

2.2LVDS接口電路設計

在本設計中，使用的ARM處理器是MARVELL公司的PXA270，PXA270內置的LCD控制器的主要接口信號包括：

lLDD（17：0）：數據總線，一次可傳輸4位、8位、16位或18位數據;

lL_PCLK_WR：像素時鐘，主動模式下，像素時鐘連續跳變;

lL_LCLK_A0：行掃描時鐘，主動模式下，它是水平同步信號;

lL_FCLK_RD：幀掃描時鐘，在主動模式下，它是垂直同步信號;

lL_BIAS：AC偏置，主動方式下，它是數據輸出使能信號。

我們這里使用18bpp像素深度的數據格式，顏色模式為RGB666，此時LCD控制器數據總線與RGB信號的對應關系如下圖所示。

對于LCD控制器輸出的TTL電平信號，需要增加一個接口電路，實現TTL信號到LVDS差分信號的轉換。這里使用TI公司的SN75LVDS83B串行器實現，硬件連接如下圖所示。

其中LVDS信號由3組數據差分和1組時鐘差分信號組成，每個數據通道傳輸6位數據。

3.Linux顯示驅動開發

這里使用linux-2.6.35.9內核版本作為軟件開發平臺，該內核版本中已經包含了幀緩沖（Framebuffer）設備驅動的實現代碼，主要由fbmem.c和pxafb.c文件組成。在fbmem.c文件中，實現了提供給上層應用程序調用的設備文件標準操作接口。在pxafb.c文件中，實現了對硬件設備的訪問接口，根據傳遞的硬件參數信息，完成硬件設備的初始化和其他操作。我們只需要根據自己的硬件配置對內核中的現有代碼進行裁剪、修改即可。

3.1LCD硬件參數計算

幀緩沖是Linux為顯示設備提供的一個接口，它對LCD設備在顯示一屏數據過程中的時序劃分如下圖所示。

其中各個參數的含義說明如下：

lxres：每行的像素點數;

lyres：屏幕的行數;

lhsync_len：水平同步信號的寬度，單位是像素時鐘周期;

lleft_margin：水平同步信號結束到一行有效數據開始之間的無效點數;

lright_margin：一行有效數據結束到下一個水平同步信號開始之間的無效點數;

lvsync_len：垂直同步信號的寬度，單位是行數;

lupper_margin：垂直同步信號結束到一幀圖像開始之間的無效行數;

llower_margin：一幀圖像結束到下一個垂直同步信號開始之間的無效行數。

AA065VE11的工作模式為DE（DATA ENABLE）模式，其主要接口時序見下表所示。

1）像素時鐘計算

根據表2中給出的DCLK信息，可以計算得到像素時鐘如下：

pixclock = （1<<12） /（（640+160）×（480+45）×60）= 39682;

其中像素時鐘的單位是皮秒，60表示每秒顯示60幀。

2）前后邊沿計算

前后邊沿是給水平、垂直同步信號往屏幕刷新數據所提供的預留時間，如果設置不當會造成顯示圖像的偏移。從表2給出的DENA信息可以得知，LCD設備掃描一行的空白像素點數是160個，掃描一屏的空白行數是45行。因為屏幕上顯示的圖像是連續的，所以可以得到一行總的空白像素點數滿足如下等式：

right_margin + hsync_len + left_margin = 160;

可以得到一屏總的空白行數滿足如下等式：

upper_margin + lower_margin + hsync_len = 45;

在驅動中配置LCD設備的硬件參數時，需要滿足以上兩個等式關系。

1.1Framebuffer驅動配置

a）修改板級文件

在內核目錄arch/arm/mach-pxa/下的板級文件中添加LCD設備的初始化代碼，主要改動如下：

1） 添加LCD控制器的管腳信息

static unsigned long pcm027_lcd_pin_config[] = { GPIO58_LCD_LDD_0， GPIO59_LCD_LDD_1， GPIO60_LCD_LDD_2， GPIO61_LCD_LDD_3， GPIO62_LCD_LDD_4， GPIO63_LCD_LDD_5， GPIO64_LCD_LDD_6， GPIO65_LCD_LDD_7， GPIO66_LCD_LDD_8， GPIO67_LCD_LDD_9， GPIO68_LCD_LDD_10， GPIO69_LCD_LDD_11， GPIO70_LCD_LDD_12， GPIO71_LCD_LDD_13， GPIO72_LCD_LDD_14， GPIO73_LCD_LDD_15， GPIO86_LCD_LDD_16， GPIO87_LCD_LDD_17， GPIO74_LCD_FCLK， //TFT vsync GPIO75_LCD_LCLK， //TFT hsync GPIO76_LCD_PCLK， GPIO77_LCD_BIAS， //TFT output-enable

};

2） 添加LCD設備的硬件參數

static struct pxafb_mode_info mitsubishi_aa065ve11_mode = { .pixclock = 39682， //picosecond .xres = 640， .yres = 480， .bpp = 18， .hsync_len = 0， .left_margin = 80， .right_margin = 80， .vsync_len = 0， .upper_margin = 25， .lower_margin = 20， .sync = 0，

};

static struct pxafb_mach_info mitsubishi_aa065ve11_info = { .modes = &mitsubishi_aa065ve11_mode， .num_modes = 1， .lcd_conn = LCD_COLOR_TFT_18BPP，

};

3） 注冊平臺設備和資源

static void __init pcm027_init_lcd（void）

{ pxa2xx_mfp_config（ARRAY_AND_SIZE（pcm027_lcd_pin_config））; set_pxa_fb_info（&mitsubishi_aa065ve11_info）;

}

b）修改內核配置

在內核配置中添加對framebuffer設備的支持。

Graphics support --->

<*>Support for frame buffer devices --->

<*>PXA LCD framebuffer support

Console display driver support --->

<*>Framebuffer Console support

3.2啟動界面測試

系統加電開機后，LCD可以正常顯示啟動界面如下圖所示。整個系統在運行過程中顯示良好，性能穩定。

4.結束語

由于LVDS接口采用了低電壓和低電流驅動方式，因此實現了低噪聲和低功耗，這類接口的LCD適合集成度高以及高速傳輸等嵌入式應用場合。本文所介紹的軟硬件開發方法，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] Marvell Inc.Marvell PXA270 Processor Developers Manual， 2009

[2] Mitsubishi Electric Corp.AA065VE11 Technical Specification， 2011

[3] 王黎明.深入淺出XScale嵌入式系統.北京航空航天大學出版社， 2011