S3c2410 LCD驱动学习心得.docx

1、S3c2410 LCD驱动学习心得S3c2410 LCD驱动学习心得S3c2410 LCD驱动学习心得2010-07-26 14：51一实验内容简要描述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.S3C241

2、0内置LCD控制器分析1.1 S3C2410 LCD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。S3C2410 LCD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

3、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(VD23：0)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1.1 REGBA

4、NK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(System Bus)上取来，通过VIDPRCS从VD23：0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VIDEO MUX送给LCD屏。1.2 TFT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VD

5、EN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1.2 S3C2410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=1 V

6、BPD+1=2-VBPD=1 LINVAL+1=320-LINVAL=319 VFPD+1=3-VFPD=2 HSPW+1=4-HSPW=3 HBPD+1=7-HBPW=6 HOZVAL+1=240-HOZVAL=239 HFPD+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。1.3 LCD控制器主要寄存器功能详解图1.4 LINECNT：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

7、得到的。做为240*320的TFT屏，应保证得出的VCLK在510MHz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TFT LCD panel。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1.5 VBPD，LINEVAL，VFPD，VSPW的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。图1.6 HBPD，HOZVAL，HFPD的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。图1.7 HSPW的含义已经在前面的时序图中得到体现。MVA

8、L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1.8 VSTATUS：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

9、的含义是表示64K种色彩的16bit RGB资料中，红色(R)占了5bit，绿色(G)占了6bit，兰色(B)占了5bit INVVCLK，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CPU LCD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

10、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2.1 FrameBuffer Linux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

11、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

12、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2.2.1 Linux FrameBuffer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struct fb_infoint node；struct fb_var_screeninfo var；/*Current var*/struct fb_fix_screeni

13、nfo fix；/*Current fix*/struct fb_videomode*mode；/*current mode*/struct fb_ops*fbops；struct device*device；/*This is the parent*/struct device*dev；/*This is this fb device*/char _iomem*screen_base；/*Virtual address*/unsigned long screen_size；/*Amount of ioremapped VRAM or 0*/；其中node成员域标示了特定的FrameBuffe

14、r，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。struct fb_var_screeninfo_u32 xres；/*visible resolution*/_u32 yres；_u32 xoffset；/*offset from virtual to visible*/_u32 yoffset

15、；/*resolution*/_u32 bits_per_pixel；/*bits/pixel*/_u32 pixclock；/*pixel clock in ps(pico seconds)*/_u32 left_margin；/*time from sync to picture*/_u32 right_margin；/*time from picture to sync*/_u32 hsync_len；/*length of horizontal sync*/_u32 vsync_len；/*length of vertical sync*/；在fb_info结构体中，fb_fix_sc

16、reeninfo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。struct fb_fix_screeninfochar id16；/*identification string egTT Builtin*/unsigned long smem_start；/*Start of frame buffer mem(physical address)*/_u32 smem_len；/*Length of frame buffer mem*/unsigned long mmio_st

17、art；/*Start of Mem Mapped I/O(physical address)*/_u32 mmio_len；/*Length of Memory Mapped I/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Linux FrameBuffer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_oper

18、ations结构体。struct fb_opsint(*fb_open)(struct fb_info*info,int user)；int(*fb_release)(struct fb_info*info,int user)；ssize_t(*fb_read)(struct file*file,char _user*buf,size_t count,loff_t*ppos)；ssize_t(*fb_write)(struct file*file,const char _user*buf,size_t count,loff_t*ppos)；int(*fb_set_par)(struct fb_

19、info*info)；int(*fb_setcolreg)(unsigned regno,unsigned red,unsigned green,unsigned blue,unsigned transp,struct fb_info*info)；int(*fb_setcmap)(struct fb_cmap*cmap,struct fb_info*info)int(*fb_mmap)(struct fb_info*info,struct vm_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Linux FrameBuffer的总体

20、结构，作为这一部分的总结。图2.2 2.2.2 S3C2410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：struct s3c2410fb_infostruct fb_info*fb；struct device*dev；struct s3c2410fb_mach_info*mach_info；struct s3c2410fb_hw regs；/*LCD Hardware Regs*/dma_addr_t map_dma；/*physical*/u_char*map_cpu；/*virtual*/u_int map_s

21、ize；/*addresses of pieces placed in raw buffer*/u_char*screen_cpu；/*virtual address of buffer*/dma_addr_t screen_dma；/*physical address of buffer*/；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LCD DMA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

22、识了LCD控制器的寄存器。struct s3c2410fb_hwunsigned long lcdcon1；unsigned long lcdcon2；unsigned long lcdcon3；unsigned long lcdcon4；unsigned long lcdcon5；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struct s3c2410fb_mach_infounsigned

23、 char fixed_syncs；/*do not update sync/border*/int type；/*LCD types*/int width；/*Screen size*/int height；struct s3c2410fb_val xres；/*Screen info*/struct s3c2410fb_val yres；struct s3c2410fb_val bpp；struct s3c2410fb_hw regs；/*lcd configuration registers*/*GPIOs*/unsigned long gpcup；unsigned long gpcup

24、_mask；unsigned long gpccon；unsigned long gpccon_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2.3.1 FrameBuffer驱动的统一管理fbmem.c实现了Linux FrameBuffer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struct fb_info*registe

25、red_fbFB_MAX；int num_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。int register_framebuffer(struct fb_info*fb_info)int i；struct fb_event event；struct fb_videomode mode；if(num_registered_fb=FB_MAX)return-ENXIO；/*超过最大数量*/num_registered_fb+；for(i=0；i FB_MAX；i

26、+)if(！registered_fbi)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)elsefb_init_device(fb_info)；/*初始化改设备*/return 0；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。

27、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

28、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。)static int fb_open(struct inode*inode,struct file*file)int fbidx=iminor(inode)；struct fb_info*info；int res；/*得到真正驱动的函数指针*/if(！(info=registered_fbfbidx)return-ENODEV；if(info-fbop

29、s-fb_open)res=info-fbops-fb_open(info,1)；/调用驱动的open()if(res)module_put(info-fbops-owner)；return res；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

30、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2.4 2.3.3开发板S3C2410 LCD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。static struct s3c2410fb_mach_info smdk2410_lcd_cfg=.regs=.lcdcon1=S3C2410_LCDCON1_TFT16BPP|S3C2410_LCDCON1_TFT|S3C2410_LCDCON1_CLKVAL(7),.,.width=240,.height=320,.xres=.min=240,.max=240,.defval

31、=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(struct s3c2410fb_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；