基于ARM的LCD顯示液晶屏驅(qū)動(dòng)的開發(fā)

平頂山學(xué)院信息工程學(xué)院　張亞峰　王　冠

基于ARM的LCD顯示液晶屏驅(qū)動(dòng)的開發(fā)

平頂山學(xué)院信息工程學(xué)院張亞峰王冠

通過(guò)對(duì)LCD控制器各個(gè)子模塊的研究，并對(duì)FrameBuffer在LCD的作用進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)于硬件引腳、驅(qū)動(dòng)的端口及寄存器等進(jìn)行設(shè)置，將驅(qū)動(dòng)添加到內(nèi)核，最終實(shí)現(xiàn)了基于ARM的LCD液晶屏驅(qū)動(dòng)，使內(nèi)核的啟動(dòng)信息在顯示器上顯示出來(lái)。

嵌入式系統(tǒng)；LCD液晶屏驅(qū)動(dòng)；Exynos 4412處理器

1　緒論

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們使用的設(shè)備的智能化，與嵌入式系統(tǒng)在其中發(fā)揮的重要作用密不可分。雖然嵌入式系統(tǒng)的交互性比較強(qiáng)，液晶屏作為輸出設(shè)備也被廣泛應(yīng)用，但關(guān)于液晶屏的深層次應(yīng)用開發(fā)方面的研究卻不多。本文通過(guò)對(duì)LCD顯示液晶屏驅(qū)動(dòng)的研究，加深對(duì)其認(rèn)識(shí)，對(duì)其相關(guān)研究、開發(fā)材料加以補(bǔ)充。

本次開發(fā)使用的環(huán)境為ADS1.2，其具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)調(diào)試跟蹤功能。使用的開發(fā)平臺(tái)為Tiny4412。它是一款高性能的四核Cortex-A9核心板，處理器為Exynos 4412，具有極高的靈活性，三星Galaxy部分機(jī)型就采用該CPU設(shè)計(jì)。

2　Exynos 4412 LCD控制器分析

Exynos4412的LCD 控制器由REGBANK、LCDCDMA、VIDPRCS、TIMEGEN組成，并有專門的端口來(lái)傳送控制信號(hào)和其它數(shù)據(jù)。

REGBANK 有許多可編程寄存器組，它們用來(lái)配置LCD 控制器的調(diào)色板存儲(chǔ)器。LCDCDMA 是一個(gè)專用DMA，并且是FIFO（First-In First-Out， 先入先出）存儲(chǔ)器，它會(huì)自動(dòng)傳送幀數(shù)據(jù)到LCD 驅(qū)動(dòng)器。TIMEGEN 由可編程邏輯組成，支持各種常見LCD 驅(qū)動(dòng)器的定時(shí)與速率界面的不同要求。TIMEGEN 模塊產(chǎn)生FRAME， VLINE， VCLK， VM 等信號(hào)。

3　LCD驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

3.1FrameBuffer的介紹

Framebuffer在LCD的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)中起著中間層的作用，它將內(nèi)存數(shù)據(jù)映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫操作，并立即反應(yīng)在屏幕上［1］。它還完成對(duì)驅(qū)動(dòng)的統(tǒng)一管理，向fbmem.c注冊(cè)是任何一個(gè)FrameBuffer驅(qū)動(dòng)在系統(tǒng)初始化時(shí)必須做的工作［2］。注冊(cè)時(shí)，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)信息保存在一個(gè)數(shù)組體中。

struct dev_message *reg［ max］； / * 定義數(shù)組 */

int reg_num； /* 設(shè)備數(shù)量 */

int reg_fb（struct dev_message * reg）

｛

int x；

struct dev_thing thing；

struct dev_thing *cur；

if （reg_num ＞= max）

exit；

……………………

return 0；

｝

3.2LCD驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)代碼分析

3.2.1設(shè)置fb_info

（1）申請(qǐng)和釋放資源

在初始函數(shù)運(yùn)行時(shí)，需要申請(qǐng)相應(yīng)的資源；在程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，要釋放相應(yīng)的資源，以免造成系統(tǒng)的資源浪費(fèi)［3］。因此定義下面的函數(shù)：

Mod_init（Exyons_init）； /* 申請(qǐng)資源 */

Mod_quit（Exyons_quit）； /* 釋放資源 */

定義fb_info結(jié)構(gòu)體對(duì)象：

static struct fb_info*Exyons_lcd；

分配一個(gè)fb_info結(jié)構(gòu)體，使用函數(shù)framebuffer_alloc實(shí)現(xiàn)：

Exyons_lcd = framebuffer_alloc（0，NULL）；

（2）可變信息設(shè)置

Exyons_lcd -＞ var.xres = 800；

Exyons_lcd -＞ var.yres = 480；

Exyons_lcd -＞ var.xres_virtual = 800；

Exyons_lcd -＞ var.yres_virtual = 480；

然后進(jìn)行紅、綠、藍(lán)三種顏色的設(shè)置和每一個(gè)像素用多少位的設(shè)置。

設(shè)置完上面的這些已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)LCD的顯示了。其他表示可變信息的設(shè)置根據(jù)需要進(jìn)行。

（3）顯存的分配

對(duì)顯示屏的操作，是一個(gè)存儲(chǔ)器的操作，可以直接訪問(wèn)應(yīng)用程序的內(nèi)存，它可以實(shí)現(xiàn)LCD的操作，通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)到內(nèi)存，然后LCD控制器從存儲(chǔ)器中提取數(shù)據(jù)，并輸出相應(yīng)的LCD控制芯片，使實(shí)現(xiàn)LCD的控制［4］。

（4）設(shè)置其它信息

首先，設(shè)置LCD屏幕的大小，用字節(jié)來(lái)表示：

Exyons_lcd-＞screen_size = 800*480*32 / 8；

然后，調(diào)色板設(shè)置：

Static u32 colregs［16］； /* 代表了一個(gè)假的調(diào)色板 */

Exyons_lcd-＞pseudo_palette = colregs； /* 賦值操作完成設(shè)置 */

3.2.2設(shè)置LCD硬件

對(duì)LCD的硬件進(jìn)行設(shè)置要參考芯片手冊(cè)和LCD手冊(cè)進(jìn)行獲得設(shè)置值。

（1）設(shè)置用于LCD的引腳

這個(gè)寄存器可以全部用來(lái)進(jìn)行LCD顏色控制引腳。

控制LCD電源的引腳受GPGCON寄存器控制，手冊(cè)中GPGCON寄存器的描述如表1所示：

表1　GPGCON寄存器

LCD電源控制引腳設(shè)置如表2所示：

表2　電源控制引腳描述

代碼的具體實(shí)現(xiàn)如下：

int *gpccon；

int *gpdcon；

int *gpgcon； /*構(gòu)建這三個(gè)寄存器的表示指針變量*/

*gpccon = 0xaaaaaaaa；

*gpdcon = 0xaaaaaaaa；

*gpgcon | = （3＜＜8）； /*通過(guò)這三個(gè)寄存器，設(shè)置用于控制LCD的引腳*/

（2）LCD寄存器對(duì)象的構(gòu)建

采用建立數(shù)組的方法對(duì)LCD的控制寄存器進(jìn)行一次性映射成為虛擬地址，雖然在當(dāng)下有些寄存器暫時(shí)還未被使用到，我們也把它們?cè)O(shè)置到這個(gè)數(shù)組中，這樣做可以保證所有寄存器地址的連續(xù)性，使對(duì)寄存器的操作變得方便。完成這項(xiàng)工作后，就可以通過(guò)操縱該數(shù)組元素的指針來(lái)操縱相應(yīng)的寄存器［5］。

（3）設(shè)置控制寄存器1（LCDCON1）

LINECNT：行計(jì)數(shù)器狀態(tài)位，初始值為0000000000；

CLKVAL：設(shè)置VCLK，初始值為0000000000；

MMODE：決定VM信號(hào)的觸發(fā)速率［6］，初始值為0；PNRMODE：顯示模式選擇位，初始值為00；

BPPMODE：?jiǎn)蝹€(gè)像素的位數(shù)選擇，初始值為0000；

ENVID：視頻輸出和控制信號(hào)設(shè)置，初始值為0，在此置1，使信號(hào)有效。

（4）LCD垂直參數(shù)設(shè)置

參考芯片手冊(cè)和LCD手冊(cè)進(jìn)行獲得設(shè)置值：

VBPD=14；LINEVAL=239；VFPD=11；VSPW=2；

代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)置：

Exyons_lcd_regs-＞lcdcon2 = （14＜＜24）|（239＜＜14）|（11＜＜6）|（2＜＜0）；

（5）LCD水平參數(shù)設(shè)置

HBPD=25；HOZVAL=213；HFPD=34；HSPW=18；

代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)置：

Exyons_lcd_regs-＞lcdcon3 = （37＜＜19）|（319＜＜8）|（19＜＜0）；

Exyons_lcd_regs-＞lcdcon4 = 29；

（6）設(shè)置使能有效位

代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)置：

Exyons_lcd_regs-＞lcdcon5 = （1＜＜10）|（1＜＜9） | （1＜＜8） | （1＜＜5） |（0＜＜3）；

（7）顯存地址告訴LCD控制器

功能實(shí)現(xiàn)代碼：

Exyons_reg -＞ lcdsdr1 = （Exyons_lcd -＞ fix_start ＞＞ 3）；

Exyons_reg-＞lcdsdr2=（（Exyons_lcd-＞fix_start+800*480*4）＞＞1）&0x1fffff；

Exyons_lcd_regs-＞lcdsaddr3 =800*480/2；

3.2.3 注冊(cè)fb_info

（1）設(shè)置使能LCD

將寄存器LCDCON1的第0為設(shè)置為1：

Exyons_lcd_regs -＞ lcdcon1 | = （1 ＜＜ 0）；

（2）向上注冊(cè)fb_info結(jié)構(gòu)體對(duì)象

register_framebuffer（Exyons_lcd）；

3.3添加驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核

對(duì)于已有的驅(qū)動(dòng)模塊可以直接使用。實(shí)現(xiàn)fb_ops結(jié)構(gòu)體時(shí)，有三個(gè)文件：cfbcopyarea.c、cfbfillrect.c和cfbimgblt.c已經(jīng)存在但沒有被編譯安裝，因此我們需要修改內(nèi)核drivers/video下的Makefile，重新編譯內(nèi)核，就能讓LCD正常工作［7］。操作如表1所示：

表3　Makefile文件修改內(nèi)

再次編譯內(nèi)核，重新啟動(dòng)系統(tǒng)。效果如圖1所示：

圖1　加載LCD成功后的啟動(dòng)效果

4　總結(jié)

在開發(fā)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)Tiny4412的硬件平臺(tái)、LCD芯片手冊(cè)及CPU芯片的寄存器的研究，分析LCD驅(qū)動(dòng)內(nèi)核層次，利用FrameBuffe實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)的管理和消息的分派；然后通過(guò)設(shè)置fb_ info對(duì)象和LCD硬件，進(jìn)行fb_info注冊(cè)；最后添加驅(qū)動(dòng)到內(nèi)核，成功實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核的啟動(dòng)信息在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)LCD顯示器打印出來(lái)。

［1］劉藝柱，郭素娜.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（2）：229-232.

［2］賴曉晨.嵌入式系統(tǒng)編程與設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

［3］王華祥，張淑英.深入淺出：嵌入式底層軟件開發(fā)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2003.

［4］趙以強(qiáng).嵌入式系統(tǒng)開發(fā)之道［M］.北京：人民郵電出版，2009.

［5］武斌，張一哲.嵌入式工程師必知必會(huì)［M］.北京：人民郵電出版，2008.

［6］甘瑟爾.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的藝術(shù)（第2版）［M］.北京：北京人民郵電出版社，2011.

［7］林洪貴，林金表.21天學(xué)通ARM嵌入式開發(fā)［J］.莆田學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，14（5）：63-65.