转自:http://blog.csdn.net/hanmengaidudu/article/details/21559153
1.S3C2440上LCD驱动 (FrameBuffer)实例开发讲解
其中的代码也可直接参考:drivers/video/s3c2410fb.c
以下为转载文章,文章原地址:http://blog.csdn.net/jianyun123/archive/2010/04/24/5524427.aspx
S3C2440上LCD驱动 (FrameBuffer)实例开发讲解
一、开发环境
- 主 机:VMWare--Fedora 9
- 开发板:Mini2440--64MB Nand, Kernel:2.6.30.4
- 编译器:arm-linux-gcc-4.3.2
二、背景知识
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而,LCD的显示并不是对一副图像快速的显示一下,为了持续和稳定的在LCD上显示,就需要切换到另一幅图上(另一幅图可以和上一副图一样或者不一样,目 |
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LCDCON2:31 - 24位VBPD LCDCON3:25 - 19位HBPD LCDCON4: 7 - 0位HSPW LCDCON5: |
值,对应的颜色就会自动的在屏幕上显示。下面来看一下在不同色位模式下缓冲区与显示点的对应关系:
字符型设备,在Linux中主设备号29,定义在/include/linux/major.h中的FB_MAJOR,次设备号定义帧缓冲的个数,最大允许有32个FrameBuffer,定义在/include/linux/fb.h中的FB_MAX,对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。
1. 帧缓冲设备驱动在Linux子系统中的结构如下:
我们从上面这幅图
看,帧缓冲设备在Linux中也可以看做是一个完整的子系统,大体由fbmem.c和xxxfb.c组成。向上给应用程序提供完善的设备文件操作接口(即对FrameBuffer设备进行read、write、ioctl等操作),接口在Linux提供的fbmem.c文件中实现;向下提供了硬件操作的接口,只是这些接口Linux并没有提供实现,因为这要根据具体的LCD控制器硬件进行
设置,所以这就是我们要做的事情了(即xxxfb.c部分的实现)。
2. 帧缓冲相关的重要数据结构:
从帧缓冲设备驱动程序结构
看,该驱动主要跟fb_info结构体有关,该结构体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。在Linux中,每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info,fb_info在/linux/fb.h中的定义如下:(只列出重要的一些)
#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT struct fb_ops *fbops;/*对底层硬件操作的函数指针*/ |
其中,比较重要的成员有struct fb_var_screeninfo var、struct fb_fix_screeninfo fix和struct fb_ops*fbops, 他们也都是结构体。下面我们一个一个的来看。
fb_var_screeninfo结构体主要记录用户可以修改的控制器的参 数,比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等,该结构体定义如下:
struct fb_bitfield red; /*fb缓存的R位域*/ __u32 nonstd; /* != 0 非标准像素格式*/ /*定时:除了pixclock本身外,其他的都以像素时钟为 单位*/ |
而fb_fix_screeninfo结构体又主要记录用户不可以修改的控制 器的参数,比如屏幕缓冲区的物理地址和长度等,该结构体的定义如下:
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fb_ops结构体是对底层硬件操作的函数指针,该结构体中定义了对硬件的操作有:(这里只列出了常用的操作)
struct module *owner; //检查可变参数并进行设置 //根据设置的值进行更新,使之有效 //设置颜色寄存器 //显示空白 //矩形填充 //复制数据 //图形填充 |
3. 帧缓冲设备作为平台设备:
在S3C2440中,LCD控 制器被集成在芯片的内部作为一个相对独立的单元,所以Linux把它看做是一个平台设备,故在内核代码/arch/arm/plat-s3c24xx /devs.c中定义有LCD相关的平台设备及资源,代码如下:
static u64 s3c_device_lcd_dmamask = 0xffffffffUL; struct platform_device s3c_device_lcd ={ EXPORT_SYMBOL(s3c_device_lcd);//导出定义的LCD平台设备,好在mach-smdk2440.c的smdk2440_devices[]中添加到平台设备列表中 |
除此之外,Linux还在/arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/fb.h中为LCD平台设备定义了一个s3c2410fb_mach_info结构体,该结构体主要是记录LCD的硬件参数信息(比如该结构体的s3c2410fb_display成员结构中
就用于记录LCD的屏幕尺寸、屏幕信息、可变的屏幕参数、LCD配置寄存器等),这样在写驱动的时候就直接使用这个结构体。下面,我们来看一下内核是如果
使用这个结构体的。在/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中定义有:
.type = S3C2410_LCDCON1_TFT,//TFT类型 /* NEC 3.5'' */
staticstruct s3c2410fb_mach_info smdk2440_fb_info __initdata={ .gpccon = 0xaaaa555a,//将GPC0、GPC1配置成LEND和VCLK,将GPC8-15配置成VD0-7,其他配置成普通输出IO口 .lpcsel = 0x0,//这个是三星TFT屏的参数,这里不 用 |
注意:可能有很多朋友不知道上面红色部分的参数是做什么的,其值又是怎么设置的?其实它是跟你的开发板LCD控制器密切相关的,看了下面两幅图相信 就大概知道他们是干什么用的:
上面第一幅图是开发板原理图的LCD控制器部分,第二幅图是S3c2440数据手册中IO端口C和IO端口D控制器部分。原理图中使用了GPC8-15和GPD0-15来用做LCD控制器VD0-VD23的数据端口,又分别使用GPC0、GPC1端口用做LCD控制器的LEND和VCLK信号,对于GPC2-7则是用做STN屏或者三星专业TFT屏的相关信号。然而,S3C2440的各个IO口并不是单一的功能,都是复用端口,要使用他们
首先要对他们进行配置。所以上面红色部分的参数就是把GPC和GPD的部分端口配置成LCD控制功能模式。
从以上讲述的内容来看,要使LCD控制器支持其他的LCD屏,重要的是根据LCD的数据手册修改以上这些参数的值。下面,我们再看一下在驱动中是如果引用
到s3c2410fb_mach_info结构体的(注意上面讲的是在内核中如何使用的)。在mach-smdk2440.c中有:
platform_add_devices(smdk2440_devices, ARRAY_SIZE(smdk2440_devices)); |
s3c24xx_fb_set_platdata定义在plat-s3c24xx/devs.c中:
npd = kmalloc(sizeof(*npd), GFP_KERNEL);
|
这里再讲一个小知识:不知大家有没有留意,在平台设备驱动中,platform_data可以保存各自平台设备实例的数据,但这些数据的类型都是不同的,
为什么都可以保存?这就要看看platform_data的定义,定义在/linux/device.h中,void
*platform_data是一个void类型的指针,在Linux中void可保存任何数据类型。
四、帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动实例代码:
/*FrameBuffer设备名称*/ /*定义一个结构体用来维护驱动程序中各函数中用到的变量 struct s3c2410fb_hw regs;/*表示5个LCD配置寄存器,s3c2410fb_hw定义在mach-s3c2410/include/mach/fb.h中* / /*定义一个数组来充当调色板。 u32 pseudo_pal[16]; /*用做清空调色板(颜色表)*/ /*LCD平台驱动结构体,平台驱动结构体定义在platform_device.h中,该结构体成员接口函数在第②步中实现*/ staticint __init lcd_init(void) staticvoid __exit lcd_exit(void) module_init(lcd_init); MODULE_LICENSE("GPL"); |
/*获取LCD硬件相关信息数据,在前面讲过内核使用s3c24xx_fb_set_platdata函数将LCD的硬件相关信息保存到 /*获得在内核中定义的FrameBuffer平台设备的LCD配置信息结构体数据*/
/*这里的用途其实就是将fb_info的成员par(注意是一个void类型的指针)指向这里的私有变量结构体fbvar, /*在系统定义的LCD平台设备资源中获取LCD中断号,platform_get_irq定义在platform_device.h中*/ /*获取LCD平台设备所使用的IO端口资源,注意这个IORESOURCE_MEM标志和LCD平台设备定义中的一致*/ /*申请LCD IO端口所占用的IO空间(注意理解IO空间和内存空间的区别),request_mem_region定义在ioport.h中*/ /*将LCD的IO端口占用的这段IO空间映射 到内存的虚拟地址,ioremap定义在io.h中 /*从平台时钟队列中获取LCD的时钟,这里为什 么要取得这个时钟,从LCD屏的时序图上看,各种控制信号的延迟 /*申请LCD中断服务,上面获取的中断号lcd_fb_irq,使用快速中断方式:IRQF_DISABLED /*首先初始化fb_info中代表LCD固定参数的结构体fb_fix_screeninfo*/
fbinfo->flags = FBINFO_FLAG_DEFAULT; fbinfo->pseudo_palette = & fbvar->pseudo_pal;
for(i= 0; i < mach_info->num_displays; i++)/*fb缓存的长度*/ if(fbinfo->fix.smem_len< smem_len) /*初始化LCD控制器之前要延迟一段时间*/ /*初始化完fb_info后,开始对LCD各寄存器进行初始 化,其定义在后面讲 到*/ /*初始化完寄存器后,开始检查fb_info中的可变参数, 其定义在后面讲到*/ /*最后,注册这个帧缓冲设备fb_info到系统中, register_framebuffer定义在fb.h中在fbmem.c中实现*/ /*对设备文件系统的支持(对设备文件系统的理解 请参阅:嵌入式Linux之我行——设备文件系统剖析与使用) return 0; /*以下是上面错误处理的跳转点*/ err_nomap: err_noclk: err_noirq: err_nofb: err_video_nomem: return ret; /*LCD中断服务程序*/ /*LCD中断挂起寄存器基地址*/ /*读取LCD中断挂起寄存器的值*/ /*判断是否为中断挂起状态*/ /*设置帧已插入中断请求*/ return IRQ_HANDLED; /*填充调色板*/ fbvar->palette_ready= 0; for(i = 0; i < 256; i++) if(ent == PALETTE_BUFF_CLEAR) writel(ent, regs+ S3C2410_TFTPAL(i)); if(readw(regs+ S3C2410_TFTPAL(i))== ent) /*LCD各寄 存器进行初始化*/ /*从lcd_fb_probe探测函数设置的私有变量结构体 中再获得LCD相关 信息的数据*/ /*获得临时调色板寄存器基地 址,S3C2410_TPAL宏定义在mach-s3c2410/include/mach/regs-lcd.h中。 /*在修改下面寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ /*这里就是在上一篇章中讲到的把IO端口C和D配置成LCD模式*/ /*恢复被屏 蔽的中断*/ writel(0x00, tpal);/*临时调色板寄存器使能禁止*/ return 0; /*该函数实现修改GPIO端口的值,注意第三个参数mask的作用是 将要设置的 寄存器值先清零*/ tmp = readl(reg)&~mask; /*检查fb_info中的可变参数*/ /*从lcd_fb_probe探测函数设置的平台数据中再获 得LCD相关信息的 数据*/ struct s3c2410fb_display *display =NULL; /*验证X/Y解析度*/ if(!display) /*配置LCD配置寄存器1中的5-6位(配置成TFT类型)和配置LCD配置寄存器5*/ /* 设置屏幕的虚拟解析像素和高度宽度 */ /* 设置时钟像素,行、帧切换值,水平同步、垂直同步长度值 */ /*设置透明 度*/ /*根据色位模式(BPP)来设置可变参数中R、G、B的颜色位域。对于这些参数值 的设置请参考CPU数据 return 0; /*申请帧缓冲设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*将分配的一个写合并DMA缓存区设置为LCD屏幕的虚拟地址(对于DMA请参考DMA相关知识) if(fbinfo->screen_base) /*将DMA缓冲区总线地址设成fb_info不可变 参数中framebuffer缓存的开始位置*/ return fbinfo->screen_base? 0 :-ENOMEM; /*释放帧缓冲 设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*跟申请DMA的地方想对应*/ /*LCD FrameBuffer设备移除的实现,注意这里使用一个__devexit宏,和lcd_fb_probe接口函数相对应。 /*从系统中注销帧缓冲设备*/ /*停止LCD控制器的工作*/ /*延迟一段时间,因为停止LCD控制器需要一点时间 */ /*释放帧缓冲设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*将LCD平台数据清空和释放fb_info空间资源*/ /*释放中断资源*/ /*释放时钟资源*/ /*释放LCD IO空间映射的虚拟内存空间*/ /*释放申请 的LCD IO端口所占用的IO空间*/ return 0; /*停止LCD控制器的工作*/ /*在修改下面寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ if(enable) writel(fbvar->regs.lcdcon1, fbvar->lcd_base+ S3C2410_LCDCON1); /*恢复被屏蔽的中断*/ /*对LCD FrameBuffer平台设备驱动电源管理的支持,CONFIG_PM这个宏定义在内核中*/ /*停止LCD控制器的工作*/ msleep(1); /*停止时钟*/ return 0; static int lcd_fb_resume(struct platform_device*pdev) /*开启时钟*/ /*初始化LCD控制器之前要延迟一段时间*/ /*恢复时重新初始化LCD各寄存器*/ /*重新激活fb_info中所有的参数配置,该函数定义在第③步中再讲*/ /*正与挂起时讲到的那样,因为没保存挂起时LCD控制器的各种状态, return 0; |
/*设置fb_info中的参数,这里根据用户设置的可变参数var调整固定参数fix*/ /*判断可变参数中的色位模式,根据色位模式来设置色彩模式* / /*设置fb_info中固定参数中一行的字节数,公式:1行 字节数=(1行像素 个数*每像素位数BPP)/8 */ /*修改以上参数后,重新激活fb_info中的参数配置(即:使修改后的参数在硬件上生效)*/ return 0; /*重新激活fb_info中的参数配置*/ /*获得fb_info可变参数*/ /*计算LCD控制寄存器1中的CLKVAL值, 根据数据手册中该寄存器的描述,计算公式如下: /*获得屏幕的类型*/ if(type == S3C2410_LCDCON1_TFT) --clkdiv; if(clkdiv< 0) if(clkdiv< 2) /*设置计算的LCD控制寄存器1中的CLKVAL值*/ /*将各参数 值写入LCD控制寄存器1-5中*/ /*配置帧缓冲起始地址寄存器1-3*/ fbvar->regs.lcdcon1|= S3C2410_LCDCON1_ENVID, /*计算LCD控制寄存器1中的CLKVAL值*/ /* 像素时钟单位是皮秒,而时钟的单位是赫兹,所以计算公式为: div>>= 12; /* div / 2^12 */ returndiv; /*根据数据手册按照TFT屏的要求配置LCD控制寄存器1-5*/ /*根据色位模式设置LCD控制寄存器1和5,参考数据手册* / /*设置LCD配置寄存器2、3、4*/ regs->lcdcon3= S3C2410_LCDCON3_HBPD(var->right_margin-1)| regs->lcdcon4= S3C2410_LCDCON4_HSPW(var->hsync_len-1); /*根据数据手册按照STN屏的要求配置LCD控制寄存器1-5*/ int type = regs->lcdcon1&~S3C2410_LCDCON1_TFT; if(type != S3C2410_LCDCON1_STN4) /*根据色位模式设置LCD控制寄存器1,参考数据手册*/ regs->lcdcon3= S3C2410_LCDCON3_WDLY(wdly)| regs->lcdcon4= S3C2410_LCDCON4_WLH(wlh); /*配置帧缓冲起始地址寄存器1-3,参考数据手册*/ saddr1 = fbinfo->fix.smem_start>> 1; writel(saddr1, regs+ S3C2410_LCDSADDR1); /*显示空白,blank mode有5种模式,定义在fb.h中,是一个枚举*/ /*根据显示空白的模式来设置LCD是开启还是停止*/ /*根据显示空白的模式来控制临时调色板寄存器*/ return 0; /*设置颜色表*/ switch(fbinfo->fix.visual) val = chan_to_field(red,&fbinfo->var.red); pal[regno]= val; writel(val, regs+ S3C2410_TFTPAL(regno)); /*修改调色板*/ return 0; staticinlineunsignedint chan_to_field(unsignedint chan,struct fb_bitfield*bf) /*修改调色 板*/ /*LCD中断挂起寄存器基地址*/ /*在修改中断寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ fbvar->palette_buffer[regno]= val; /*判断调色板是否准备就像*/ /*使能中断屏蔽寄存器*/ /*恢复被屏蔽的中断*/ |
2. 为什么使用調色板
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嵌入式Linux下S3C2410的调色板彩色显示
对于一个显示设备,数据的更新率正比于画面的像素数和色彩深度的乘积。在嵌入式Linux系统中,受处理器资源配
置和运算能力的制约,当使用大分辨率显示时(如在一些屏幕尺寸较大的终端上,往往需要640×480以上),需要降低显示的色彩深度。否则,由于数据处理
负担过重会造成画面的抖动和不连贯。这时,调色板技术将发挥重要作用。ARM9内核的S3C2410在国内的嵌入式领域有着广泛的应用,芯片中带有LCD控制器,可支持多种分辨率、多种颜色深度的LCD显示输出。在此,将S3C2410的调色板技术,以及嵌入式Linux系统下调色板显示的实现方法进行分
析。
S3C2410调色板技术概述
1、调色板的概念
在计算机图像技术中,一个像素的颜色是由它的R,G,B分量表示的,每个分量又经过量化,一个
像素总的量化级数就是这个显示系统的颜色深度。量化级数越高,可以表示的颜色也就越多,最终的图像也就越逼真。当量化级数达到16位以上时,被称为真彩
色。但是,量化级数越高,就需要越高的数据宽度,给处理器带来的负担也就越重;量化级数在8位以下时,所能表达的颜色又太少,不能够满足用户特定的需求。
为了解决这个问题,可以采取调色板技术。所谓调色板,就是在低颜色深度的模式下,在有限的像素
值与RGB颜色之间建立对应关系的一个线性表。比如说,从所有的16位彩色中抽取一定数量的颜色,编制索引。当需要使用某种彩色时,不需要对这种颜色的RGB分量进行描述,只需要引用它的索引号,就可以使用户选取自己需要的颜色。索引号的编码长度远远小于RGB分量的编码长度,因此在彩色显示的同时,也
大大减轻了系统的负担。
以256色调色板为例,调色板中存储256种颜色的RGB值,每种颜色的RGB值是16位。用
这256种颜色编制索引时,从OOH~FFH只需要8位数据宽度,而每个索引所对应的颜色却是16位宽度的颜色信息。在一些对色彩种类要求不高的场合,如
仪表终端、信息终端等,调色板技术便巧妙地解决了数据宽度与颜色深度之间的矛盾。
2、S3C2410中的调色板
ARM9核的S3C2410芯片可通过内置的LCD控制器来实现对LCD显示的控制。以TFTLCD为例,S3C2410芯片的LCD控制器可以对TFTLCD提供1位、2位、4位、8位调色板彩色显示和16位、24位真彩色显示,并支持多 种不同的屏幕尺寸。
S3C2410的调色板其实是256个16位的存储单元,每个单元中存储有16位的颜色值。根
据16位颜色数据中,RGB分量所占位数的不同,调色板还可以采取5:6:5(R:G:B)和5:5:5:1(R:G:B:1)两种格式。当采用5:6:5(R:G:B)格式时,它的调色板如表1所示。
表1中,第一列为颜色索引,中间三列是R,G,B三个颜色分量对应的数据位,分别是5位、6位 和5位,最后一列是对应颜色条目的物理地址。当采用5:5:5:1(R:G:B:1)格式时,R,G,B三个颜色分量的数据位长度都是5位,最低位为1。
用户编程时,应首先对调色板进行初始化处理(可由操作系统提供的驱动程序来完成),赋予256色调色板相应的颜色值;在进行图像编程时,可以将图像对象赋予所需的颜色索引值。程序运行时,由芯片的LCD控制器查找调色板,按相应的值进行输出。S3C2410芯片图像数据输出端口VD[23:O]有24位,当使用不同的色彩深度时,这24位数据可以表示一个或多个点的颜色信息。
3、调色板颜色的选择
调色板中颜色的选择可以由用户任意定义,但为了编程方便,颜色的选取应遵循一定的规律。例如在Windows编程中,系统保留了20种颜色。另外,在Web编程中,也定义了216种Web安全色,这些颜色可以尽量保留。2S3C2410调色板在嵌
入式Linux系统下的使用ARM实现图像显示时,由LCD控制器将存储系统中的视频缓冲内容以及各种控制信号传送到外部LCD驱动器,然后由LCD驱动
器实现图像数据的显示。实际应用中,常通过驱动程序由操作系统对寄存器、调色板进行配置。以Linux2.4内核为例,对调色板的配置是在驱动程序S3C2410fb.c中完成的。
在一些公司Linux源码包的S3C2410fb.c文件中,并没有对调色板进行配置,因此在8位以下的显示设置下。LCD不能正常工作。若需要使用调色板,必须对此文件进行修改。
1、驱动程序的修改
查S3C2410数据手册,调色板的物理起始地址为0x4d000400,应先将调色板的物理 地址映射到内核中的虚拟地址,然后对其进行赋值。具体步骤如下:
(1)在S3C2410.h文件中添加:
#defineMYPAL(Nb)__REG(Ox4d000400+(Nb)*4)
其作用是实现物理地址到虚拟地址的映射。
(2)在S3C24lOfb.h文件,通过下列语句定义256种颜色。
staTIcconstu_shortmy_color[256]={0x0000,0x8000,…}:
数组中的每个16位二进制数表示一种颜色,RGB分量采用的是5:6:5格式。
(3)在S3C2410fb.c文件的S3C2410fb-activate_var(…)函 数中,通过下列语句对这256个调色板进行赋值。
(4)另外,注意改变LCD控制寄存器LCDCON1的BPPMODE值,设定为需要的颜色深 度。
(5)重新编译内核,烧写内核。
2、应用程序的编写
当S3C2410用于嵌入式Linux操作系统时,其图形功能一般是依靠帧缓存(Framebuffer)实现的。屏幕上的每个点都被映射成一段线性内存空间,通过应用程序改变这段内存的值,就可以改变屏幕的颜色。当色深在16位以
上时,用户直接指定颜色的RGB分量;当色深在8位以下时,用户应当指定颜色在调色板中的索引值。
当使用MiniGUI等嵌入式图形系统时,只需要将界面元素的颜色值设为所需颜色的索引值即 可。例如:
WinElementColors[i]=142;
就是将WinElementColors[i]的颜色设置为索引号为142的调色板颜色。
结语
在笔者开发的某型指挥车仿真终端中,其显示分辨率设置为640×480。如果色深设置为16b/p,在系统使用时,画面将会出现明显的抖动、不连贯,这是由于芯片的运算负荷过重造成的。如果按本文中提到的方法对显示驱动加以修改,采用8位色
深显示,颜色的选取可以满足需要,画面的显示将明显稳定。这说明,在显示分辨率较高,色彩种类要求比较简单的嵌入式应用中,调色板技术是一个非常值得重视
的选择。