学步园

s3c2440-lcd驱动与帧缓冲

注意：本文是主要参考《S3C2440上LCD驱动详解》，《S3c2410_LCD驱动学习心得》，《嵌入式linux_Framebuffer驱动开发》部分直接搬过来。

一、帧缓冲机制

         在谈到lcd驱动时，先谈谈，帧缓冲机制，为什么呢？因为Linux系统是工作在保护模式下，所以用户态进程无法像DOS那要使用显卡BIOS里提供的中断调用来实现直接写屏蔽，Framebuffer是出现在linux 2.2及以后的一种驱动程序接口，它是一项重要技术，基本上都是用它来实现图形界面的。

下面是LCD驱动程序与应用程序以及帧缓冲机制的关系

应用程序要操作LCD，就操作设备节点（/dev/fb0由帧缓冲创建），fbmem.c是提供应用程序的操作接口，fbmem.c本身并不实现这些功能，这就需要下一层接口实现，就是XXXfb.c要实现的与lcd底层硬件相关的操作接口。具体可以参考s3c2410fb.c。

1、Struct fb_info

Struct fb_info这结构记录了帧缓冲设备的全部信息，包括设备的设置参数、状态、以及对底层硬件操作的函数指针。下面具体分析一下。

struct fb_info {</p> <p> int node;</p> <p> int flags;</p> <p> struct fb_var_screeninfo var; /*LCD可变参数结构体 */</p> <p> struct fb_fix_screeninfo fix; /* LCD固定参数结构体 */</p> <p> struct fb_monspecs monspecs; /* LCD显示器标准 */</p> <p> struct work_struct queue; /* 帧缓冲事件队列 */</p> <p> struct fb_pixmap pixmap; /*图像硬件 mapper */</p> <p> struct fb_pixmap sprite; /* 光标硬件mapper */</p> <p> struct fb_cmap cmap; /*当前颜色表 */</p> <p> struct list_head modelist; /* mode list */</p> <p> struct fb_videomode *mode; /* 当前的显示模式 */</p> <p>#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT</p> <p> struct backlight_device *bl_dev;/*对应背光设备*/</p> <p> /* Backlight level curve */</p> <p> struct mutex bl_curve_mutex; </p> <p> u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];/*背光调整*/</p> <p>#endif</p> <p>。。。。。。。。</p> <p> struct fb_ops *fbops;/*对底层硬件操作的函数指针*/</p> <p> ……</p> <p> struct device *dev; /* FB设备 */</p> <p> ……</p> <p>#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING</p> <p> struct fb_tile_ops *tileops; /*图块 Blitting */</p> <p>#endif</p> <p> char __iomem *screen_base; /* 虚拟基地址 */</p> <p> unsigned long screen_size; /* LCD IO 映射的虚拟内存大小*/ </p> <p> void *pseudo_palette; /*伪16色颜色表 */ </p> <p>#define FBINFO_STATE_RUNNING 0</p> <p>#define FBINFO_STATE_SUSPENDED 1</p> <p> u32 state; /* LCD挂起或者恢复的状态*/</p> <p> void *fbcon_par; /* fbcon use-only private area */</p> <p> /* From here on everything is device dependent */</p> <p> void *par; </p> <p>};</p> <p>

 其中比较重要的就是struct fb_var_screeninfo var;              struct fb_fix_screeninfo fix;

跟struct fb_ops *fbops;

2、struct fb_var_screeninfo

struct fb_var_screeninfo 主要是记录用户可以修改的控制器可变参数

struct fb_var_screeninfo {</p> <p> __u32 xres; /* 可见屏幕一行有多少个像素点*/</p> <p> __u32 yres; /*可见屏幕一列有多少个像素点*/</p> <p> __u32 xres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/</p> <p> __u32 yres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/</p> <p> __u32 xoffset; /* 虚拟到可见屏幕之间的行偏移*/</p> <p> __u32 yoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的列偏移 */</p> <p> __u32 bits_per_pixel; /* 每个像素由多少位组成即BPP*/</p> <p> __u32 grayscale; /* != 0 Graylevels instead of colors */</p> <p>/*fb缓存的RGB位域*/</p> <p> struct fb_bitfield red; /* bitfield in fb mem if true color, */</p> <p> struct fb_bitfield green; /* else only length is significant */</p> <p> struct fb_bitfield blue;</p> <p> struct fb_bitfield transp; /* transparency */ </p> <p> __u32 nonstd; /* != 0 Non standard pixel format */</p> <p> __u32 activate; /* see FB_ACTIVATE_* */</p> <p> __u32 height; /*高度mm*/</p> <p> __u32 width; /* 宽度 mm*/</p> <p> __u32 accel_flags; /* (OBSOLETE) see fb_info.flags */</p> <p> /*时间选择：除了像素时钟外，所有的值都以像素时钟为单位*/</p> <p> /* Timing: All values in pixclocks(像素时钟), except pixclock (of course) */</p> <p> __u32 pixclock; /* 像素时钟(pico seconds皮秒) */</p> <p> __u32 left_margin; /* time from sync to picture行切换，从同步到绘图之间的延迟 */</p> <p> __u32 right_margin; /* time from picture to sync行切换，从绘图到同步延迟 */</p> <p> __u32 upper_margin; /* time from sync to picture 帧切换，从同步到绘图之间的延迟*/</p> <p> __u32 lower_margin; /*帧切换，从绘图到同步之间的延迟*/</p> <p> __u32 hsync_len; /* length of horizontal sync水平同步的长度*/</p> <p> __u32 vsync_len; /* length of vertical sync 垂直同步的长度*/</p> <p> __u32 sync; /* see FB_SYNC_* */</p> <p> __u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */</p> <p> __u32 rotate; /* angle we rotate counter clockwise */</p> <p> __u32 reserved[5]; /* Reserved for future compatibility */</p> <p>};</p> <p>

3、struct fb_fix_screeninfo

而struct fb_fix_screeninfo fix;就是固定的控制器配置，比如屏幕缓冲区的物理地址和长度，定义如下：

struct fb_fix_screeninfo {</p> <p> char id[16]; /* identification string eg "TT Builtin" */</p> <p> unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem帧缓冲缓存的开始地址 */</p> <p> /* (physical address) 物理地址*/</p> <p> __u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem 缓冲的长度*/</p> <p> __u32 type; /* see FB_TYPE_* */</p> <p> __u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */</p> <p> __u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */ </p> <p> __u16 xpanstep; /* 没硬件panning就置0zero if no hardware panning */</p> <p> __u16 ypanstep; /*没硬件panning就置0 zero if no hardware panning */</p> <p> __u16 ywrapstep; /*没硬件ywrap就置0 zero if no hardware ywrap */</p> <p> __u32 line_length; /*一行的字节数 length of a line in bytes */</p> <p> unsigned long mmio_start; /*内存映射的开始地址 Start of Memory Mapped I/O */</p> <p> /* (physical address) */</p> <p> __u32 mmio_len; /*内存映射的长度 Length of Memory Mapped I/O */</p> <p> __u32 accel; /* Indicate to driver which */</p> <p> /* specific chip/card we have */</p> <p> __u16 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */</p> <p>};</p> <p>

4、struct fb_ops

struct fb_ops，帧缓冲操作，关联硬件跟应用程序。

/*</p> <p> * Frame buffer operations</p> <p> *</p> <p> * LOCKING NOTE: those functions must _ALL_ be called with the console</p> <p> * semaphore held, this is the only suitable locking mechanism we have</p> <p> * in 2.6. Some may be called at interrupt time at this point though.</p> <p> */</p> <p>struct fb_ops {</p> <p> /* open/release and usage marking */</p> <p> struct module *owner;</p> <p> 。。。。。。</p> <p>/*检查可变参数并进行设置*/</p> <p> /* checks var and eventually tweaks it to something supported,</p> <p> * DO NOT MODIFY PAR */</p> <p> int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);</p> <p>//根据设置的值进行更新，根据info->var</p> <p> /* set the video mode according to info->var */</p> <p> int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);</p> <p>//设置颜色寄存器</p> <p> /* set color register */</p> <p> int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,</p> <p> unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);</p> <p> /* set color registers in batch */</p> <p> int (*fb_setcmap)(struct fb_cmap *cmap, struct fb_info *info);</p> <p>//显示空白</p> <p> /* blank display */</p> <p> int (*fb_blank)(int blank, struct fb_info *info);</p> <p>//矩形填充</p> <p> /* pan display */</p> <p> int (*fb_pan_display)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);</p> <p> /* Draws a rectangle */</p> <p> void (*fb_fillrect) (struct fb_info *info, const struct fb_fillrect *rect);</p> <p> /* Copy data from area to another */</p> <p> void (*fb_copyarea) (struct fb_info *info, const struct fb_copyarea *region);</p> <p> /* Draws a image to the display */</p> <p> void (*fb_imageblit) (struct fb_info *info, const struct fb_image *image);</p> <p> /* Draws cursor */</p> <p> int (*fb_cursor) (struct fb_info *info, struct fb_cursor *cursor);</p> <p> /* Rotates the display */</p> <p> void (*fb_rotate)(struct fb_info *info, int angle);</p> <p> /* wait for blit idle, optional */</p> <p> int (*fb_sync)(struct fb_info *info);</p> <p> /* perform fb specific ioctl (optional) */</p> <p> int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,</p> <p> unsigned long arg);</p> <p> /* Handle 32bit compat ioctl (optional) */</p> <p> int (*fb_compat_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned cmd,</p> <p> unsigned long arg);</p> <p> /* perform fb specific mmap */</p> <p> int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma);</p> <p> /* save current hardware state */</p> <p> void (*fb_save_state)(struct fb_info *info);</p> <p> /* restore saved state */</p> <p> void (*fb_restore_state)(struct fb_info *info);</p> <p> /* get capability given var */</p> <p> void (*fb_get_caps)(struct fb_info *info, struct fb_blit_caps *caps,</p> <p> struct fb_var_screeninfo *var);</p> <p>};</p> <p>

5、帧缓冲设备以及设备资源

LCD帧缓冲设备在Linux里是作为一个平台设备，在内核arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中定义LCD相关平台设备如下：

/* LCD Controller */</p> <p>static struct resource s3c_lcd_resource[] = {</p> <p> [0] = {</p> <p> .start = S3C24XX_PA_LCD,//寄存器的开始地址</p> <p> .end = S3C24XX_PA_LCD + S3C24XX_SZ_LCD - 1,//长度</p> <p> .flags = IORESOURCE_MEM,</p> <p> },</p> <p> [1] = {</p> <p> .start = IRQ_LCD,</p> <p> .end = IRQ_LCD,</p> <p> .flags = IORESOURCE_IRQ,</p> <p> }</p> <p>};</p> <p>static u64 s3c_device_lcd_dmamask = 0xffffffffUL;</p> <p>struct platform_device s3c_device_lcd = {</p> <p> .name = "s3c2410-lcd",</p> <p> .id = -1,</p> <p> .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),资源数量</p> <p> .resource = s3c_lcd_resource,</p> <p> .dev = {</p> <p> .dma_mask = &s3c_device_lcd_dmamask,</p> <p> .coherent_dma_mask = 0xffffffffUL</p> <p> }</p> <p>};</p> <p>EXPORT_SYMBOL(s3c_device_lcd);</p> <p>

这里导出s3c_device_lcd是为了在arch/asm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c里的smdk2410_devices[]（或者其它smdk2440_devices[]）中添加到平台设备列表中。

下面准备分析具体实例，但分析前还要了解LCD的特性以及读写时序。

实在不如别人做得漂亮，做得详细，大家还是去看原文吧，我这里就不接了。

二、LCD的硬件知识

1. LCD工作的硬件需求：

   要使一块 LCD正常的显示文字或图像，不仅需要 LCD驱动器，而且还需要

相应的 LCD控制器。在通常情况下，生产厂商把LCD驱动器会以 COF/COG

的形式与 LCD玻璃基板制作在一起，而 LCD控制器则是由外部的电路来实现，

现在很多的 MCU内部都集成了 LCD控制器， 如 S3C2410/2440 等。 通过LCD

控制器就可以产生LCD驱动器所需要的控制信号来控制STN/TFT 屏了。

2. S3C2440内部 LCD 控制器结构图：

我们根据数据手册来描述一下这个集成在 S3C2440 内部的 LCD控制器：

a：LCD控制器由REGBANK、LCDCDMA、TIMEGEN、VIDPRCS寄存器组

成；

b：REGBANK由 17个可编程的寄存器组和一块 256*16 的调色板内存组成，

它们用来配置 LCD控制器的；

c：LCDCDMA是一个专用的 DMA，它能自动地把在侦内存中的视频数据传送

到 LCD驱动器，通过使用这个 DMA通道，视频数据在不需要 CPU的干预的情

况下显示在 LCD屏上；

d：VIDPRCS接收来自 LCDCDMA的数据，将数据转换为合适的数据格式，比

如说 4/8 位单扫，4 位双扫显示模式，然后通过数据端口 VD[23:0]传送视频数

据到 LCD驱动器；

……

在这里我加上《S3c2410 LCD驱动学习心得》因为这里面分析如何确定驱动里的lcd配置参数写得很明白

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

VBPD+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