13.2 TFT LCD显示实例
13.2.1 程序设计
本实例的目的是从串口输出一个菜单，从中选择各种方法进行测试，比如画线、
画圆、显示单色、使用调色板等。
13.2.2代码详解
本实例源码在/work/hardware/lcd目录下，与LCD相关的代码有3个文件：lcddrv.c、
framebuffer.c和lcdlib.c(及相应的头文件)。
（1）lcddrv.c封装了对LCD控制器、调色板的访问函数，可以设置LCD的显示模式、
开启/关闭LCD、设置调色板等。
（2）framebuffer.c直接操作帧缓冲区，实现画点、画线、画同心圆、清屏等函数。
（3）lcdlib.c调用前两个文件提供的函数在LCD上进行各种操作。
程序的结构如图13.8所示。
1.main.c
main.c的代码很简单，其主体如下：
c = getc();
printf("%c\n\r", c);
switch(c)
{
case '':
{
Test_Lcd_Tft_8Bit_240320();
break;
} case '':
{
Test_Lcd_Tft_16Bit_240320();
break;
} case '':
{
Test_Lcd_Tft_8Bit_640480();
break;
} case '':
{
Test_Lcd_Tft_16Bit_640480();
break;
}
}
main.c主体代码
它根据串口的输入选择是以哪种显示模式操作LCD，所调用的4个函数都在lcdlib.c中实现。
2.lcdlib.c
8BPP模式将用到调色板，其操作比16BPP模式稍复杂，但大部分仍相似。下面以
Test_Lcd_Tft_8Bit_240320为例进行说明。
行号
11行/*
12行 *以240x320、8BPP的显示模式测试TFT LCD
13行 */
14行void Test_Lcd_Tft_8Bit_240320(void)
15行{
16行 Lcd_Port_Init(); //设置LCD引脚
17行 Tft_Lcd_Init(MODE_TFT_8BIT_240320); //初始化LCD控制器
18行 Lcd_PowerEnable(, ); //设置LCD_PWREN有效，它用于打开LCD的电源
19行 Lcd_EnvidOnOff(); //使能LCD控制器输出信号
lcdlib.c->Test_Lcd_Tft_8bit_240320()_1
第16行设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。
第17行调用Tft_Lcd_Init函数初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、
LCD显示模式、帧缓冲区的地址等，它是lcddrv.c中最复杂的函数，在后面会详细分析这个
函数。
进行第16、17行的初始化之后，只要打开lcd，帧缓冲区中的数据就会被LCD控制器
自动地发送到LCD上去显示。打开操作由18、19行完成。
第18行发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用其打开过关
闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。
第19行使能LCD控制器输出信号。这时，帧缓冲区中数据就开始在LCD上显示出来了。
接下来就是按照设定的流程进行各类操作了，比如画线、清屏等，代码如下：
Lcd_Palette8Bit_Init(); //初始化调色板
ClearScr(0x0); //清屏
printf("[TFT 64K COLOR(16bpp) LCD TEST]\n"); printf("1. Press any key to draw line\n");
get();
DrawLine( , , , , ); //颜色为DEMO256pal[0]
DrawLine( , , , , ); //颜色为DEM0256pal[1]
DrawLine(, , , , ); //...
DrawLine( , , , , );
DrawLine( , , , , );
DrawLine(, , , , );
DrawLine(, , , , );
DrawLine( , , , , ); printf("2. Press any key to draw circles\n");
getc();
Mire(); printf("3. Press any key to fill the screem with one color\n");
getc();
ClearScr(); //输出单色图像，颜色值等于DEMO256pal[128] printf("4. Press any key to fill the screem by temporary palette\n");
getc();
ClearScrWithTmpPlt(0x0000ff); //输出单色图像，颜色为蓝色 printf("5. Press any key to fill the screem by palette\n");
getc();
DisableTmpPlt(); //关闭临时调色板寄存器
ChangePalette(0xffff00); //改变整个调色板为黄色，输出单色图像 printf("6. Press any key to stop the testing\n");
getc();
Lcd_EnvidOnOff();
}
lcdlib.c->Test_Lcd_Tft_8bit_240320()_2
将上面的函数分成3类：
（1）清屏函数ClearScr、画线函数DrawLine，都是通过framebuffer.c中的PutPixel函数
来设置帧缓冲区的数据，以像素为单位修改颜色来实现的。
（2）Lcd_Palette8Bit_Init函数：设置调色板，ChangePalette函数：通过设置调色板来
实现清屏功能，不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现。
（3）ClearScrWithTmpPlt函数：通过临时调色板寄存器来快速地输出单色的图像，也
不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现
lcddrv.c、framebuffer.c文件中各个函数才是本实例的关键。可以认为lcddrv.c是对操作
各寄存器的封装，framebuffer.c则是对操作图像数据的封装。先看lcddrv.c文件
3.lcddrv.c
这个文件中函数的重点在于Tft_Lcd_Init、Lcd_Palette8Bit_Init。
（1）Lcd_Port_Init函数。
设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。
（2）Tft_Lcd_Init函数。
初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、LCD的显示模式、帧缓冲区的地址等。
首先是对5个控制寄存器LCDCON1~5的设置，代码如下：
/*
*初始化LCD控制器
*输入参数：
*type:显示模式
* MODE_TFT_8BIT_240320:240*320 8bpp的TFT LCD
* MODE_TFT_16BIT_240320:240*320 16bpp的TFT LCD
* MODE_TFT_8BIT_640480:640*480 8bpp的TFT LCD
* MODE_TFT_16BIT_640480:640*480 16bpp的TFT LCD
*/
void Tft_Lcd_Init(int type)
{
switch(type)
{
case MODE_TFT_8BIT_240320:
/*
*设置LCD控制器的控制寄存器LCDCON1~5
*1.LCDCON1
* 设置VCLK的频率：VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1) x 2]
* 选择LCD类型：TFT LCD
* 设置显示模式：8BPP
* 先禁止LCD信号输出
*2.LCDCON2/3/4
* 设置控制信号的时间参数
* 设置分辨率，即行数和列数
*现在，可以根据公式算出显示器的分辨率
*当HCLK = 100MHz时，
*Frame Rate = 1/[{(VSPW+1) + (VBPD+1) + (LIINEVAL+1) + (VFPD+1)} x
* {(HSPW+1) + (HBPD+1) + (HFPD+1) + (HOZVAL+1)} x
* {(2x(CLKVAL+1)/(HCLK))}]
* = 60Hz
*3.LCDCON5
* 设置显示模式为8BPP时，调色板中的数据格式为5:6:5
* 设置HSYNC、VSYNC脉冲的极性(这需要参考具体的LCD的接口信号)：反转字节交换使能
*/
LCDCON1 = (CLKVAL_TFT_240320 << ) | (LCDTYPE_TFT << ) | \
(BPPMODE_8BPP << ) | (ENVID_DISABLE << );
LCDCON2 = (VBPD_240320 << ) | (LINEVAL_TFT_240320 << ) | \
(VFPD_240320 << ) | (VSPW_240320);
LCDCON3 = (HBPD_240320 << ) | (HOZVAL_TFT_240320 << ) | (HFPD_240320);
LCDCON4 = HSPW_240320;
LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565 << ) | (HSYNC_INV << ) | (VSYNC_INV << ) | \
(BSWP << );
lcddrv.c->Tft_Lcd_Init()
时间参数VSPW、VBPD、VFPD、HSPW、HBPD、HFPD、CLKVAL的设置可以
从LCD数据手册了解到，或使用经验值，或自行调整，并根据上面的公式确认显示频
率在60Hz左右或之上。
接下来是地址寄存器LCDSADDR1~3的设置，请参考图13.7帧内存与视图的位置关
系。在本程序中，帧内存与视图吻合，即图中的OFFSIZE为0，LCDBANK、LCDBASEU
指向同一个地址(它们是同一个地址的不同位)。
需要注意的是，8BPP的显示模式要用到调色板，帧缓冲区中的数据不是颜色值，而
是调色板中的索引值，真正的颜色值在调色板中。
行号
78行 /*
79行 *设置LCD控制器的地址寄存器：LCDSADDR1~3
80行 *帧内存与视口(view point)完全吻合
81行 *图像数据格式如下(8BPP时，帧缓冲区中的数据为调色板中的索引值)：
82行 * |--------- PAGEWIDTH ----------|
83行 * y/x 0 1 2 239
84行 * 0 idx idx idx ... idx
85行 * 1 idx idx idx ... idx
86行 *1.LCDSADDR1
87行 * 设置LCDBANK、LCDBASEU
88行 *2.LCDSADDR2
89行 * 设置LCDBASEL：帧缓冲区的结束地址A[21:1]
90行 *3.LCDSADDR3
91行 * OFFSIZE等于0，PAGEWIDTH等于(240/2)
92行 */
93行 LCDSADDR1 = ((LCDFRAMEBUFFER >> ) << ) | LOWER21BITS (LCDFRAMEBUFFER >> );
94行 LCDSADDR2 = LOWER21BITS((LCDFRAMEBUFFER+ \
95行 (LINEVAL_TFT_240320 + ) x (HOZVAL_TFT_240320 + ) x ) >> );
96行 LCDSADDR3 = ( << ) | (LCD_XSIZE_TFT_240320/);
97行
设置LCD控制器的地址寄存器
第93行将帧缓冲区的开始地址写入LCDSADDR1寄存器。
第94行先计算帧缓冲区的结束地址，再取其位[21:1]存入LCDSADDR2中。这个地址值
在本实例中即是“LCDFRAMEBUFFER+320x240x1”，其中的“x1”表示在8BPP中一个像素
使用1个字节表示(对于16BPP，就是“x2”)。
在设置寄存器的最后，禁止临时调色板寄存器，现在还没用到它。
行号
98行 /*禁止临时调色板寄存器*/
99行 TPAL = ;
100行
最后，将显示模式的主要参数记录下来，在framebuffer.c中需要用到。
101行 fb_base_addr = LCDFRAMEBUFFER;
102行 bpp = ;
103行 xsize = ;
104行 ysize = ;
105行
其他显示模式的寄存器设置非常相似，不再赘述。
需要说明的是，显示模式为8BPP时，LCDCON5中BSWAP位设为1，表示“字节交换
使能”，这时帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.6所示；
显示模式为16BPP时，LCDCON5中HWSWAP位设为1，表示“半字交换使能”，这时
帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.5所示。它们都是“低地址的数据”对
应“位置靠前”的像素。
（3）Lcd_Palette8Bit_Init函数。
设置调色板上的数据：调色板大小为256x16，而8BPP模式中每个像素的索引值占据8
位，刚好有256个索引值。代码如下：
行号
296行 /*
297行 *设置调色板
298行 */
299行 void Lcd_Palette8Bit_Init(void)
300行 {
301行 int i;
302行 volatile unsigned int *palette;
303行
304行 LCDCON5 |= (FORMAT8BPP_565 << ); //设置调色板中数据格式为：5:6:5
305行
306行 palette = (volatile unsigned int *)PALETTE;
307行 for(i = ; i < ; i++)
308行 *palette++ = DEMO256pal[i];
309行 }
310行
Lcd_Palette8Bit_Init()
调色板中用16BPP的格式表示颜色。
第307、308行将数组DEMO256pal中数据写入调色板。这个数组中的数据没有
什么特别之处，读者可以自行构造。
（4）ChangePalette函数。
以给定的颜色值填充整个调色板，代码如下：
行号
311行 /*
312行 *改变调色板为一种颜色
313行 *输入参数：
314行 * color:颜色值，格式为0xRRGGBB
315行 */
316行 void ChangePalette(UINT32 color)
317行 {
318行 int i;
319行 unsigned char red, green, blue;
320行 UINT32 *palette;
321行
322行 palette = (UINT32 *)PALETTE;
323行 for(i = ; i < ; i++)
324行 {
325行 red = (color >> ) & 0xff;
326行 green = (color >> ) & 0xff;
327行 blue = (color >> ) & 0xff;
328行 color = (red << ) | (green << ) | blue; //格式：5:6:5
329行
330行 while((LCDCON5 >> ) == ); //等待直到VSTATUS不为“有效”
331行 *palette++ = color;
332行 }
333行 }
334行
ChangePalette()
第330行检测当前VSYNC信号的状态，如果它处于有效的状态，则等待。前面说过，
读写调色板时，VSTATUS、HSTATUS不能处于有效状态。这里当VSTATUS不是“有效”
状态时，HSTATUS也不可能是“有效”状态。
（5）Lcd_PowerEnable函数。
用于控制是否发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用
LCD_PWREN来打开或关闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。代码如下：
/*
*设置是否输出LCD电源开关信号LCD_PWREN
*输入参数：
* invpwren:0表示LCD_PWREN有效时为正常极性
* 1表示................反转极性
* pwren :0表示LCD_PWREN输出有效
* 1表示LCD_PWREN输出无效
*/
void Lcd_PowerEnable(int invpwren, int pwren)
{
GPGCON = (GPGCON & (~( << ))) | ( << ); //GPG4用于LCD_PWREN
GPGUP = (GPGUP & (~( << ))) | ( << ); //禁止内部上拉 LCDCON5 = (LCDCON5 & (~( << ))) | (invpwren << ); //设置LCD_PWREN的极性：正常/反转
LCDCON5 = (LCDCON5 & (~( << ))) | (pwren << ); //设置是否输出LCD_PWREN
}
Lcd_PowerEnable()
（6）Lcd_EnvidOnOff函数
用于控制是否使能LCD控制器输出各个LCD信号，当设置如控制寄存器、地址寄存器
之后，即可调用此函数输出各个LCD信号，这样，帧缓冲区中的数据即发送给LCD。代码如下：
/*
*设置LCD控制器是否输出信号
*输入参数：
*onoff：
* 0：关闭
* 1：打开
*/
void Lcd_EnvidOnOff(int onoff)
{
if(onoff == )
LCDCON1 |= ; //ENVID ON
else
LCDCON1 &= 0x3fffe; //ENVID OFF
}
Lcd_EnvidOnOff
（7）ClearScrWithTmpPlt、DisableTmpPlt函数。
参考13.13TPAL寄存器格式，ClearScrWithTmpPlt函数设置颜色值并使能TPAL寄
存器，这使得LCD上显示单一颜色图像。DisableTmpPlt函数停止TPAL寄存器的功能，
继续输出帧缓冲区的图像。它们的代码如下：
/*
*使用临时调色板寄存器输出单色图像
*输入参数：
* color：颜色值，格式为0xRRGGBB
*/
void ClearScrWithTmpPlt(UINT32 color)
{
TPAL = ( << ) | ((color & 0xffffff) << );
} /*
*停止使用临时调色板寄存器
*/
void DisableTmpPlt(void)
{
TPAL = ;
}
ClearScrWithTmpPlt()和DisableTmpPlt()
4.framebuffer.c
此文件有4个函数：画点PutPixel、画线DrawLine、绘制同心圆Mire、清屏ClearScr，
后3个函数都是基于PutPixel函数实现的。画点函数时framebuffer.c文件的核心，它在
帧缓冲区中找到给定坐标的像素的内存，然后修改它的值，代码如下：
行号
8行 extern unsigned int fb_base_addr;
9行 extern unsigned int bpp;
10行 extern unsigned int xsize;
11行 extern unsigned int ysize;
12行
13行 /*
14行 *画点
15行 *输入参数：
16行 * x、y：像素坐标
17行 * color：颜色值
18行 * 对于16BPP：color的格式为0xAARRGGBB(AA = 透明度)，
19行 * 需要转换为5:6:5格式
20行 * 对于8BPP：color为调色板中索引值，
21行 * 其颜色取决于调色板中的数值
22行 */
23行 void PutPixel(UINT32 x, UINT32 y, UINT32 color)
24行 {
25行 UINT8 red, green, blue;
26行
27行 switch(bpp){
28行 case :
29行 {
30行 UINT16 *addr = (UINT16 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);
31行 red = (color >> ) & 0xff;
32行 green = (color >> ) & 0xff;
33行 blue = (color >> ) & 0xff;
34行 color = (red << ) | (green << ) | blue; //格式：5:6:5
35行 *addr = (UINT16)color;
36行 break;
37行 }
38行
39行 case :
40行 {
41行 UINT8 *addr = (UINT8 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);
42行 *addr = (UINT8)color;
43行 break;
44行 }
45行
46行 default:
47行 break;
48行 }
49行 }
50行
PutPixel
第8~11行的4个变量在lcddrv.c中的Tft_Lcd_Init函数中设置，PutPixel函数根据它们
来确定给定坐标的像素在帧缓冲区中的地址。
对于16BPP模式，每个像素占2字节；对于8BPP模式，每个像素占1字节。
对于16BPP模式，第31~34行从0xAARRGGBB格式的color变量中，提取8位红色值
的高5位、8位绿色值的高6位、8位蓝色值的高5位组成5:6:5格式的16BPP颜色值。
最后，第35、42行将颜色值(对于8BPP模式，为调色板的索引值)写入帧缓冲区中，
这样，下一次显示时，新颜色即可显示出来。
13.2.3 实例测试
本程序在main函数中通过串口输出一个菜单，用于选择LCD的显示模式进行测试。
实验步骤如下：
（1）使用串口连接开发板和PC，打开PC上串口工具并设置为115200、8N1.
（2）在LCD目录下执行make命令生成lcd可执行程序，烧入NAND Flash后运行。
（3）在PC串口工具上，可以看到如下菜单：
#### Test TFT LCD ####
[1] TFT240320 8Bit
[2] TFT240320 16Bit
[3] TFT640480 8Bit
[4] TFT640480 16Bit
Enter your selection:
（4）可以输入1、2、3或4，然后按照提示输入任意键可一步一步地观察到LCD中图像
的变化。
（5）最后又会出现第（3）步骤的菜单，可以再次选择。
附：代码：
链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab