在Linux下驱动STN彩色LCD

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
伴随着高性能嵌入式处理器的飞速发展与普及,特别是ARM处理器系列的出现,嵌入式系统的功能也变得越来越强大。以前的单色LCD已不能满足现今的各种多媒体应用,彩色LCD被越来越多地应用到嵌入式系统中。同时,在应用需求的促使下,许多工作在Linux下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层LCD驱动的开发问题。 在硬件采用Intel ASSABET开发板,软件采用Linux 2.4.19平台,编译器为arm-linux-gcc的交叉编译器作为开发的前提下,因为ASSABET开发板上使用的是Sharp 3.9英寸320%26;#215;240 TFT彩色LCD,现改用Kyocera 7.7英寸640%26;#215;480 STN型彩色LCD,所以通过对其Linux驱动程序进行改写和调试,成功地实现了对该种屏的驱动和显示。 LCD [i]控制器[/i] LCD控制器的功能是显示驱动信号,进而驱动LCD显示器。在驱动LCD设计的过程中首要的是配置LCD控制器。在配置LCD控制器中最重要的一步则是帧缓冲区的指定。用户所要显示的内容皆是从缓冲区中读出,从而显示到屏幕上。帧缓冲区的大小由屏幕的分辨率和显示色彩数决定。驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点。 ASSABET开发板采用SA1110作为处理器。SA1110微处理器是Intel公司生产的一种基于StrongARM环境的微处理器。该处理器内部有一LCD驱动控制器,可支持单、双屏显示和最大1024%26;#215;1024dpi。每个像素数据以4、8、12或16位编码后存储于外部存储器内,通过LCD的专用DAM控制器,被装入至532位的FIFO中。在双屏显示时,两个DMA通道分别负责上下屏幕的显示,但只有第一个DMA通道有调色板缓冲器。帧缓冲器中的已编码像素数据是作为指针指向256%26;#215;12位的调色板。调色板的色调数据控制着抖动逻辑,以产生各种灰度和彩色信号并从LCD数据引脚输出。 [i]显示屏[/i] LCD选择Kyocera公司的7.7英寸STN型LCD。该LCD可在640%26;#215;480分辨率的情况下提供12位彩色显示。该屏为双屏扫描模式,具有两个8位的数据通道,每种基色都由4位的抖动逻辑来产生15级灰度,因此可以显示最多153=3375种可能的颜色。 驱动LCD的设计 [i]帧缓冲设备[/i] 帧缓冲设备为图像硬件设备提供了一种抽象化处理。它代表了一些视频硬件设备,允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。这样软件无需了解任何涉及硬件底层驱动的东西(如硬件寄存器)。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行访问,如/dev/fb*。 Linux下可支持多个帧缓冲设备,最多可达32个,即从/dev/fb0到/dev/fb31。通常情况下,缺省的帧缓冲设备为/dev/fb0。 在SA1110处理器的LCD控制器操作中,帧缓冲器用于存放全部屏幕的所有编码像素数据。在它的最低位地址处是32或512字节的缓冲器,用来存放调色板数据表。32位缓冲器用于4、12或16位像素编码的16项调色板;512字节缓冲器用于装入8位像素编码的256项调色板。在12或16位像素编码时,不使用调色板,此时的帧缓冲器的起始32字节必须填入全零。 [i]主要结构体[/i] struct fb_fix_screeninfo中记录了帧缓冲设备和指定显示模式的不可修改信息。它包含了屏幕缓冲区的物理地址和长度。 struct fb_var_screeninfo中记录了帧缓冲设备和指定显示模式的可修改信息。它包括显示屏幕的分辨率、每个像素的比特数和一些时序变量。其中变量xres定义了屏幕一行所占的像素数,yres定义了屏幕一列所占的像素数,bits_per_pixel定义了每个像素用多少个位来表示。 struct fb_info是Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口。它不仅包含了底层函数,而且还有记录设备状态的数据。每个帧缓冲设备都与一fb_info结构相对应。其中成员变量modename为设备名称,fontname为显示字体,fbops为指向底层操作的函数的指针。 [i]Linux内核配置与编译[/i] 使用下面的命令启动Linux内核配置工具: #make menuconfig 启动如下内核选项,选择对应的选项之后,执行下面的命令: Console drivers ---> Frame-buffer support---> [*] Support for frame buffer devices (EXPERIMENTAL) [*] SA-1100 LCD support (NEW) [*] Advanced low level driver options (NEW) [*] 16 bpp packed pixels support (NEW) [*] Select compiled-in fonts (NEW) [*] VGA 88 font #make dep #make zImage [i]驱动帧缓冲的设计[/i] 帧缓冲设备属于字符设备,采用了“文件层-驱动层”的接口方式。Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口为struct fb_info结构。在文件层次上,Linux为其定义了下面的操作函数: static struct file_operations fb_fops = { owner: THIS_MODULE, read: fb_read, /* 读操作*/ write: fb_write, /* 写操作*/ ioctl: fb_ioctl, /* 控制操作*/ mmap: fb_mmap, /* 映射操作*/ open: fb_open, /* 打开操作*/ release: fb_release, /*关闭操作*/ }; 应用程序层对帧缓冲设备的访问同对文件的访问操作类似。在应用程序中,对帧缓冲设备(dev/fb)的操作只需调用文件层的操作函数。首先打开/dev/fb设备文件;随后用ioctl操作取得屏幕的分辨率和bpp值,从而计算出屏幕缓冲区的大小,并将屏幕的缓冲区映射到用户空间;最后就可直接对屏幕缓冲区进行图片显示。 嵌入式Linux操作系统对帧缓冲的初始化入口在fbmem.c中的如下定义: static struct { const char *name; int (*init)(void); int (*setup)(char*); } fb_drivers[ ]__initdata = { #ifdef CONFIG_FB_YOURCARD { "driver_name", xxxfb_init, xxxfb_setup }, #endif 通过该入口可进入帧缓冲的初始化函数。下面是对整个帧缓冲的实现过程。 首先,根据所选择的STN型LCD先初始化显示屏幕的分辨率(640%26;#215;480)、每个像素的比特数(实际所选的LCD为12bpp,但在设计中可作为16bpp来设计。这是因SA1110的LCD控制器对两者处理方式相同而只有色彩深度的比例不同的缘故)和各种时序值。随后这些值将会被写入LCD控制器的控制寄存器LCCR0到LCCR3内,即完成对LCD控制器内一部分寄存器的配置。特殊的一点,因为所选的LCD是12bpp显示,所以rgbt色彩的深度比值应为4:4:4:0。 其次对LCD进行显示缓冲区的分配。该过程由kmalloc函数实现动态分配一片连续的空间,需要分配的缓冲区大小为600K字节。缓冲区是在SDRAM中分配大容量的地址,存储器映射至SA1110内,其中上半屏起始地址保存到LCD控制器的寄存器DBAR1中,下半屏起始地址保存到DBAR2中。在此完全初始化一个fb_info结构,填充其中的各成员变量。之后进行中断处理请求和各种变量和调色板等的设置。然后注册驱动程序,通过调用register_framebuffer(%26;amp;fb_info)实现将fb_info登记入内核。最后,启动GPIO9"2和LCD控制器。 [i]效果[/i] 因为该设计将驱动作为内核的一部分,而不是模块加载的方式,所以需重新编译内核,并将新编译的Linux内核下载到开发板内。重新启动系统后,通过应用程序检测,可以使屏幕显示任意所需图片,表明了驱动LCD显示的设计已成功实现。 在对嵌入式Linux系统进行驱动LCD的开发时,不仅涉及到对开发板的了解(特别是微处理器和外围接口),还要求熟练配置Linux内核、掌握Linux的整个系统启动过程和Linux下开发设备驱动程序过程,同时开发人员还需掌握所开发的LCD技术资料。本文具体的介绍驱动LCD过程中驱动帧缓冲的设计。该设计的实现使得此LCD可应用在嵌入式开发的多种领域,因此具有实用价值
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/embed/200703/11361.html
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