S3c2410 LCD驱动学习心得.docx

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S3c2410LCD驱动学习心得

S3c2410LCD驱动学习心得

S3c2410LCD驱动学习心得2010-07-2614：

51一实验内容简要描述

1.实验目的

学会驱动程序的编写方法，配置S3C2410的LCD驱动，以及在LCD屏上显示包括bmp和jpeg两种格式的图片

2.实验内容

（1）分析S3c2410实验箱LCD以及LCD控制器的硬件原理，据此找出相应的硬件设置参数，参考xcale实验箱关于lcd的设置，完成s3c2410实验箱LCD的设置

（2）在LCD上显示一张BMP图片或JPEG图片

3.实验条件（软硬件环境）

PC机、S3C2410开发板、PXA255开发板

二实验原理

1.S3C2410内置LCD控制器分析

1.1S3C2410LCD控制器

一块LCD屏显示图像，不但需要LCD驱动器，还需要有相应的LCD控制器。

通常LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器则由外部电路来实现。

而S3C2410内部已经集成了LCD控制器，因此可以很方便地去控制各种类型的LCD屏，例如：

STN和TFT屏。

S3C2410LCD控制器的特性如下：

（1）STN屏

支持3种扫描方式：

4bit单扫、4位双扫和8位单扫

支持单色、4级灰度和16级灰度屏

支持256色和4096色彩色STN屏（CSTN）

支持分辩率为640*480、320*240、160*160以及其它规格的多种LCD

（2）TFT屏

支持单色、4级灰度、256色的调色板显示模式

支持64K和16M色非调色板显示模式

支持分辩率为640*480，320*240及其它多种规格的LCD

对于控制TFT屏来说，除了要给它送视频资料（VD[23：

0]）以外，还有以下一些信号是必不可少的，分别是：

VSYNC（VFRAME）：

帧同步信号

HSYNC（VLINE）：

行同步信号

VCLK：

像数时钟信号

VDEN（VM）：

数据有效标志信号

由于本项目所用的S3C2410上的LCD是TFT屏，并且TFT屏将是今后应用的主流，因此接下来，重点围绕TFT屏的控制来进行。

图1.1是S3C2410内部的LCD控制器的逻辑示意图：

图1.1REGBANK是LCD控制器的寄存器组，用来对LCD控制器的各项参数进行设置。

而LCDCDMA则是LCD控制器专用的DMA信道，负责将视频资料从系统总线（SystemBus）上取来，通过VIDPRCS从VD[23：

0]发送给LCD屏。

同时TIMEGEN和LPC3600负责产生LCD屏所需要的控制时序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后从VIDEOMUX送给LCD屏。

1.2TFT屏时序分析

图1.2是TFT屏的典型时序。

其中VSYNC是帧同步信号，VSYNC每发出1个脉冲，都意味着新的1屏视频资料开始发送。

而HSYNC为行同步信号，每个HSYNC脉冲都表明新的1行视频资料开始发送。

而VDEN则用来标明视频资料的有效，VCLK是用来锁存视频资料的像数时钟。

并且在帧同步以及行同步的头尾都必须留有回扫时间，例如对于VSYNC来说前回扫时间就是（VSPW+1）+（VBPD+1），后回扫时间就是（VFPD+1）；HSYNC亦类同。

这样的时序要求是当初CRT显示器由于电子枪偏转需要时间，但后来成了实际上的工业标准，乃至于后来出现的TFT屏为了在时序上于CRT兼容，也采用了这样的控制时序。

图1.2S3C2410实验箱上的LCD是一款3.5寸TFT真彩LCD屏，分辩率为240*320，下图为该屏的时序要求。

图1.3

通过对比图1.2和图1.3，我们不难看出：

VSPW+1=2-VSPW=1VBPD+1=2-VBPD=1LINVAL+1=320-LINVAL=319VFPD+1=3-VFPD=2HSPW+1=4-HSPW=3HBPD+1=7-HBPW=6HOZVAL+1=240-HOZVAL=239HFPD+1=31-HFPD=30

以上各参数，除了LINVAL和HOZVAL直接和屏的分辩率有关，其它的参数在实际操作过程中应以上面的为参考，不应偏差太多。

1.3LCD控制器主要寄存器功能详解

图1.4LINECNT：

当前行扫描计数器值，标明当前扫描到了多少行。

CLKVAL：

决定VCLK的分频比。

LCD控制器输出的VCLK是直接由系统总线（AHB）的工作频率HCLK直接分频得到的。

做为240*320的TFT屏，应保证得出的VCLK在5~10MHz之间。

MMODE：

VM信号的触发模式（仅对STN屏有效，对TFT屏无意义）。

PNRMODE：

选择当前的显示模式，对于TFT屏而言，应选择[11]，即TFTLCDpanel。

BPPMODE：

选择色彩模式，对于真彩显示而言，选择16bpp（64K色）即可满足要求。

ENVID：

使能LCD信号输出。

图1.5VBPD，LINEVAL，VFPD，VSPW的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。

图1.6HBPD，HOZVAL，HFPD的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。

图1.7HSPW的含义已经在前面的时序图中得到体现。

MVAL只对STN屏有效，对TFT屏无意义。

HSPW的含义已经在前面的时序图中得到体现，这里不再赘述。

MVAL只对STN屏有效，对TFT屏无意义。

图1.8VSTATUS：

当前VSYNC信号扫描状态，指明当前VSYNC同步信号处于何种扫描阶段。

HSTATUS：

当前HSYNC信号扫描状态，指明当前HSYNC同步信号处于何种扫描阶段。

BPP24BL：

设定24bpp显示模式时，视频资料在显示缓冲区中的排列顺序（即低位有效还是高位有效）。

对于16bpp的64K色显示模式，该设置位无意义。

FRM565：

对于16bpp显示模式，有2中形式，一种是RGB=5：

5：

5：

1，另一种是5：

6：

5。

后一种模式最为常用，它的含义是表示64K种色彩的16bitRGB资料中，红色（R）占了5bit，绿色（G）占了6bit，兰色（B）占了5bitINVVCLK，INVLINE，INVFRAME，INVVD：

通过前面的时序图，我们知道，CPU的LCD控制器输出的时序默认是正脉冲，而LCD需要VSYNC（VFRAME）、VLINE（HSYNC）均为负脉冲，因此INVLINE和INVFRAME必须设为"1"，即选择反相输出。

INVVDEN，INVPWREN，INVLEND的功能同前面的类似。

PWREN为LCD电源使能控制。

在CPULCD控制器的输出信号中，有一个电源使能管脚LCD_PWREN，用来做为LCD屏电源的开关信号。

ENLEND对普通的TFT屏无效，可以不考虑。

BSWP和HWSWP为字节（Byte）或半字（Half-Word）交换使能。

由于不同的GUI对FrameBuffer（显示缓冲区）的管理不同，必要时需要通过调整BSWP和HWSWP来适应GUI。

2.Linux驱动

2.1FrameBufferLinux是工作在保护模式下，所以用户态进程是无法像DOS那样使用显卡BIOS里提供的中断调用来实现直接写屏，Lin仿显卡的功能，将显ux抽象出FrameBuffer这个设备来供用户态进程实现直接写屏。

Framebuffer机制模卡硬件结构抽象掉，可以通过Framebuffer的读写直接对显存进行操作。

用户可以将Framebuffer看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以直接进行读写操作，而写操作可以立即反应在屏幕上。

这种操作是抽象的，统一的。

用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。

这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。

在Linux系统下，FrameBuffer的主要的结构如图所示。

Linux为了开发FrameBuffer程序的方便，使用了分层结构。

fbmem.c处于Framebuffer设备驱动技术的中心位置。

它为上层应用程序提供系统调用，也为下一层的特定硬件驱动提供接口；那些底层硬件驱动需要用到这儿的接口来向系统内核注册它们自己。

fbmem.c为所有支持FrameBuffer的设备驱动提供了通用的接口，避免重复工作。

下将介绍fbmem.c主要的一些数据结构。

2.2数据结构

2.2.1LinuxFrameBuffer的数据结构

在FrameBuffer中，fb_info可以说是最重要的一个结构体，它是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个fb_info结构相对应。

fb_info的主要成员如下

structfb_info{

intnode；

structfb_var_screeninfovar；/*Currentvar*/

structfb_fix_screeninfofix；/*Currentfix*/

structfb_videomode*mode；/*currentmode*/

structfb_ops*fbops；

structdevice*device；/*Thisistheparent*/

structdevice*dev；/*Thisisthisfbdevice*/

char__iomem*screen_base；/*Virtualaddress*/

unsignedlongscreen_size；/*AmountofioremappedVRAMor0*/

…

}；

其中node成员域标示了特定的FrameBuffer，实际上也就是一个FrameBuffer设备的次设备号。

fb_var_screeninfo结构体成员记录用户可修改的显示控制器参数，包括屏幕分辨率和每个像素点的比特数。

fb_var_screeninfo中的xres定义屏幕一行有多少个点,yres定义屏幕一列有多少个点,bits_per_pixel定义每个点用多少个字节表示。

其他域见以下代码注释。

structfb_var_screeninfo{

__u32xres；/*visibleresolution*/

__u32yres；

__u32xoffset；/*offsetfromvirtualtovisible*/

__u32yoffset；/*resolution*/

__u32bits_per_pixel；/*bits/pixel*/

__u32pixclock；/*pixelclockinps（picoseconds）*/

__u32left_margin；/*timefromsynctopicture*/

__u32right_margin；/*timefrompicturetosync*/

__u32hsync_len；/*lengthofhorizontalsync*/

__u32vsync_len；/*lengthofverticalsync*/

…

}；

在fb_info结构体中，fb_fix_screeninfo中记录用户不能修改的显示控制器的参数，如屏幕缓冲区的物理地址，长度。

当对帧缓冲设备进行映射操作的时候，就是从fb_fix_screeninfo中取得缓冲区物理地址的。

structfb_fix_screeninfo{

charid[16]；/*identificationstringeg"TTBuiltin"*/

unsignedlongsmem_start；/*Startofframebuffermem（physicaladdress）*/

__u32smem_len；/*Lengthofframebuffermem*/

unsignedlongmmio_start；/*StartofMemMappedI/O（physicaladdress）*/

__u32mmio_len；/*LengthofMemoryMappedI/O*/

…

}；

fb_info还有一个很重要的域就是fb_ops。

它是提供给底层设备驱动的一个接口。

通常我们编写字符驱动的时候，要填写一个file_operations结构体，并使用register_chrdev（）注册之，以告诉Linux如何操控驱动。

当我们编写一个FrameBuffer的时候，就要依照LinuxFrameBuffer编程的套路，填写fb_ops结构体。

这个fb_ops也就相当于通常的file_operations结构体。

structfb_ops{

int（*fb_open）（structfb_info*info,intuser）；

int（*fb_release）（structfb_info*info,intuser）；

ssize_t（*fb_read）（structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos）；

ssize_t（*fb_write）（structfile*file,constchar__user*buf,size_tcount,

loff_t*ppos）；

int（*fb_set_par）（structfb_info*info）；

int（*fb_setcolreg）（unsignedregno,unsignedred,unsignedgreen,

unsignedblue,unsignedtransp,structfb_info*info）；

int（*fb_setcmap）（structfb_cmap*cmap,structfb_info*info）

int（*fb_mmap）（structfb_info*info,structvm_area_struct*vma）；

…

}

上面的结构体，根据函数的名字就可以看出它的作用，这里不在一一说明。

下图给出了LinuxFrameBuffer的总体结构，作为这一部分的总结。

图2.22.2.2S3C2410中LCD的数据结构

在S3C2410的LCD设备驱动中，定义了s3c2410fb_info来标识一个LCD设备，结构体如下：

structs3c2410fb_info{

structfb_info*fb；

structdevice*dev；

structs3c2410fb_mach_info*mach_info；

structs3c2410fb_hwregs；/*LCDHardwareRegs*/

dma_addr_tmap_dma；/*physical*/

u_char*map_cpu；/*virtual*/

u_intmap_size；

/*addressesofpiecesplacedinrawbuffer*/

u_char*screen_cpu；/*virtualaddressofbuffer*/

dma_addr_tscreen_dma；/*physicaladdressofbuffer*/

…

}；

成员变量fb指向我们上面所说明的fb_info结构体，代表了一个FrameBuffer。

dev则表示了这个LCD设备。

map_dma，map_cpu，map_size这三个域向了开辟给LCDDMA使用的内存地址。

screen_cpu，screen_dma指向了LCD控制器映射的内存地址。

另外regs标识了LCD控制器的寄存器。

structs3c2410fb_hw{

unsignedlonglcdcon1；

unsignedlonglcdcon2；

unsignedlonglcdcon3；

unsignedlonglcdcon4；

unsignedlonglcdcon5；

}；

这个寄存器和硬件的寄存器一一对应，主要作为实际寄存器的映像，以便程序使用。

这个s3c2410fb_info中还有一个s3c2410fb_mach_info成员域。

它存放了和体系结构相关的一些信息，如时钟、LCD设备的GPIO口等等。

这个结构体定义为

structs3c2410fb_mach_info{

unsignedcharfixed_syncs；/*donotupdatesync/border*/

inttype；/*LCDtypes*/

intwidth；/*Screensize*/

intheight；

structs3c2410fb_valxres；/*Screeninfo*/

structs3c2410fb_valyres；

structs3c2410fb_valbpp；

structs3c2410fb_hwregs；/*lcdconfigurationregisters*/

/*GPIOs*/

unsignedlonggpcup；

unsignedlonggpcup_mask；

unsignedlonggpccon；

unsignedlonggpccon_mask；

…

}；

图2.3

上图表示了S3C2410驱动的整体结构，反映了结构体之间的相互关系

2.3主要代码结构以及关键代码分析

2.3.1FrameBuffer驱动的统一管理

fbmem.c实现了LinuxFrameBuffer的中间层，任何一个FrameBuffer驱动，在系统初始化时，必须向fbmem.c注册，即需要调用register_framebuffer（）函数，在这个过程中，设备驱动的信息将会存放入名称为registered_fb数组中，这个数组定义为

structfb_info*registered_fb[FB_MAX]；

intnum_registered_fb；

它是类型为fb_info的数组，另外num_register_fb则存放了注册过的设备数量。

我们分析一下register_framebuffer的代码。

intregister_framebuffer（structfb_info*fb_info）

{

inti；

structfb_eventevent；

structfb_videomodemode；

if（num_registered_fb==FB_MAX）return-ENXIO；/*超过最大数量*/

num_registered_fb++；

for（i=0；iFB_MAX；i++）

if（！

registered_fb[i]）break；/*找到空余的数组空间*/

fb_info-node=i；

fb_info-dev=device_create（fb_class,fb_info-device,

MKDEV（FB_MAJOR,i）,"fb%d",i）；/*为设备建立设备节点*/

if（IS_ERR（fb_info-dev））{

…

}else{

fb_init_device（fb_info）；/*初始化改设备*/

}

…

return0；

}

从上面的代码可知，当FrameBuffer驱动进行注册的时候，它将驱动的fb_info结构体记录到全局数组registered_fb中，并动态建立设备节点，进行设备的初始化。

注意，这里建立的设备节点的次设备号就是该驱动信息在registered_fb存放的位置，即数组下标i。

在完成注册之后，fbmem.c就记录了驱动的fb_info。

这样我们就有可能实现fbmem.c对全部FrameBuffer驱动的统一处理。

2.3.2实现消息的分派

fbmem.c实现了对系统全部FrameBuffer设备的统一管理。

当用户尝试使用一个特定的FrameBuffer时，fbmem.c怎么知道该调用那个特定的设备驱动呢?

我们知道，Linux是通过主设备号和次设备号，对设备进行唯一标识。

不同的FrameBuffer设备向fbmem.c注册时，程序分配给它们的主设备号是一样的，而次设备号是不一样的。

于是我们就可以通过用户指明的次设备号，来觉得具体该调用哪一个FrameBuffer驱动。

下面通过分析fbmem.c的fb_open（）函数来说明。

（注：

一般我们写FrameBuffer驱动不需要实现open函数，这里只是说明函数流程。

）

staticintfb_open（structinode*inode,structfile*file）{

intfbidx=iminor（inode）；

structfb_info*info；

intres；

/*得到真正驱动的函数指针*/

if（！

（info=registered_fb[fbidx]））return-ENODEV；

if（info-fbops-fb_open）{

res=info-fbops-fb_open（info,1）；//调用驱动的open（）

if（res）module_put（info-fbops-owner）；

}

returnres；

}

当用户打开一个FrameBuffer设备的时，将调用这里的fb_open（）函数。

传进来的inode就是欲打开设备的设备号，包括主设备和次设备号。

fb_open函数首先通过iminor（）函数取得次设备号，然后查全局数组registered_fb得到设备的fb_info信息，而这里面存放了设备的操作函数集fb_ops。

这样，我们就可以调用具体驱动的fb_open（）函数，实现open的操作。

下面给出了一个LCD驱动的open（）函数的调用流程图，用以说明上面的步骤。

图2.42.3.3开发板S3C2410LCD驱动的流程

（1）在mach-smdk2410.c中，定义了初始的LCD参数。

注意这是个全局变量。

staticstructs3c2410fb_mach_infosmdk2410_lcd_cfg={

.regs={

.lcdcon1=S3C2410_LCDCON1_TFT16BPP|

S3C2410_LCDCON1_TFT|

S3C2410_LCDCON1_CLKVAL（7）,

.

},

.width=240,.height=320,

.xres={.min=240,.max=240,.defval=240},

.bpp={.min=16,.max=16,.defval=16},

.

}；

（2）内核初始化时候调用s3c2410fb_probe函数。

下面分析这个函数的做的工作。

首先先动态分配s3c2410fb_info空间。

fbinfo=framebuffer_alloc（sizeof（structs3c2410fb_info）,&pdev-dev）；

把域mach_info指向mach-smdk2410.c中的smdk2410_lcd_cfg。

info-mach_info=pdev-dev.platform_data；

设置fb_info域的fix，var，fops字段。

fbinfo-fix.type=FB_TYPE_PACKED_PIXELS；

fbinfo-fix.type_aux=0；

fbinfo-fix.xpanstep=0；

fbinfo-var.nonstd=0；

fbinfo-var.activate=FB_ACTIVATE_NOW；

fbinfo-var.height=mach_info-height；