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S3C2410 LCD 驱动程序移植及GUI程序编写  

2008-02-12 16:52:35|  分类: LCD |  标签: |举报 |字号 订阅

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2007-12-25 10:13:34

1. 为了不让大家觉枯燥,让朋友们更好的理解,我以一个实例来叙述 S3C2410 下一个驱动程序的编写(本文的初始化源码以华恒公司提供的 s3c2410fb.c 为基础)及简单的 GUI程序的编写。

2. 拿到一块 LCD,首先要将 LCD的各个控制线与 S3C2410 的 LCD控制信号相接,当然,电源也一定要接入了,否则不亮可别找我。另外需要注意以下几点:

1) 背光:对于大部分的彩色 LCD一定要接背光,我们才能看到屏上的内容;

2) 控制信号:不同的 LCD 厂商对于控制信号有不同的叫法,S3C2410 芯片手册也给出了一个信号的多个名称(图一),这就要看你们硬件工程师的功底了,

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图一 S3C2410 手册上给出的控制信号的名称及解释

这里我做一个简单的介绍:

VFRAME:LCD 控制器和 LCD 驱动器之间的帧同步信号。该信号告诉 LCD屏的新的一帧开始了。LCD 控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个VFRAME 信号,开始新一帧的显示;

VLINE:LCD控制器和 LCD驱动器之间的线同步脉冲信号,该信号用于 LCD驱动器将水平线(行)移位寄存器的内容传送给 LCD 屏显示。LCD 控制器在整个水平线(整行)数据移入 LCD驱动器后,插入一个 VLINE 信号;

VCLK:LCD控制器和 LCD驱动器之间的像素时钟信号,由 LCD控制器送出的数据在 VCLK的上升沿处送出,在 VCLK的下降沿处被 LCD驱动器采样;

VM:LCD驱动器的 AC 信号。VM 信号被 LCD驱动器用于改变行和列的电压极性,从而控制像素点的显示或熄灭。VM 信号可以与每个帧同步,也可以与可变数量的 VLINE 信号同步。

3) 数据线:也就是我们说的 RGB 信号线,S3C2410 芯片手册上都有详细的说明,由于篇幅关系,在此不一一摘录,不过需要与硬件工程是配合的是他采用了哪种接线方法,24 位 16 位或其它。对于 16 位 TFT 屏又有两种方式,在写驱动前你要清楚是 5:6:5还是 5:5:5:I,这些与驱动的编写都有关系

4) 要注意一下 LCD 的电源电压,对于手持设备来说一般都为 5V 或 3.3V,或同时支持 5V和 3.3V,如果 LCD的需要的电源电压是 5V,那就要注意了,S3C2410 的逻辑输出电压只有 3.3V,此时一定要让你们的硬件工程师帮忙把 S3C2410 的逻辑输出电压提高到 5V,否则你可能能将屏点亮,但显示的图像要等到太阳从西边出来的那一天才能正常,呵呵,我可吃过苦头的哦!

5) 3.3V逻辑电压转变成 5V逻辑电压电路图(此图由华恒公司提供)

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6) 最后还有一个问题,有些 LCD 屏还需要一颗伴侣芯片,就是 S3C2410 手册中的那颗 LPC3600。这可能在 LCD 的手册中都有论述吧,我没有遇到过这样的屏,所以也不是很清楚。那么是不是所有的屏与 S3C2410相接都需要那个讨厌的家伙呢?这是好多人(包括我)在最开始都会有的疑问,不过现在的大部分 LCD 屏应该都不需要这个讨厌的家伙了,屏的控制信号直接与 S3C2410 的控制信号相接就可以了,至少我还没有遇到过。

7) 还得提醒大家一下,S3C2410到 LCD屏的连线千万千万别超过 0.5 米,否则会给你带来麻烦,我也是吃过苦头的,LCD屏上面的部分显示任何信息都是正确的,而只有屏的底部会有时正确有时错误,折腾了好一阵,才知道是连线太长的缘故!

3. 好了,在硬件工程师的帮助下,硬件接好了,那就该我们做软件的干活了,编写驱动吧

1) 让我们首先看一下 RGB数据结构的定义

在 s3c2410fb.c 中找到如下信息

static struct s3c2410fb_rgb xxx_tft_rgb_16 = {

red: {offset:11, length:5,},

green: {offset:5, length:6,},

blue: {offset:0, length:5,},

transp: {offset:0, length:0,},

};

这是对 16 位色的 RGB 颜色进行定义,R:G:B:I = 5:6:5:0,即我们常说的565 显示方式。呵呵,为了让有些朋友更好的理解,我多罗嗦几句,我们随便写一个 16 位数据的颜色数据(为了分析的方便,我把它写成二进制)

RGB = 10101101 10111001

根据上面的结构定义我们来分析一下 RGB 各是多少(因为没有透明色,我们不去分析)

a) blue: {offset: 0, length: 5} 偏移量为 0,长度为 5,我们从那个 RGB 中提取出来便是“11001”

b) green:{offset: 5, length: 6} 偏移量为 5,长度为 6,我们从那个 RGB 中提取出来便是 101 101

c) red: {offset: 11, length: 5 } 偏移量为 11,长度为 5,我们从那个 RGB 中提取出来便是 10101

d) 我们得到了一个 RGB 值为 13:45:200,就是这个颜色

e) 那么反过来,有了 RGB的值我们该如何,因为 RGB 的有效位数都不足一个字节(8 位),那我们只能忍痛割爱了,舍弃掉低位数据,代码如下

r=(rDat&0xF8);

g=(gDat&0xFC);

b=(bDat&0xF8);

hight=r|(g<<5);

low=(g>>3)|(b<<3);

color=(hight>>8)|low;

记住,这段代码在 GUI 程序中是有用的

2) 对于 8 位色(256 色)的数据结构定义

static struct s3c2410fb_rgb rgb_8 = {

red: {offset:0, length:4,},

green: {offset:0, length:4,},

blue: {offset:0, length:4,},

transp: {offset:0, length:0,},

};

这是原程序中给出的定义,我感觉有些错误,我认为应该为 R:G:B = 3:3:2

static struct s3c2410fb_rgb rgb_8 = {

red: {offset:5, length:3,},

green: {offset:2, length:3,},

blue: {offset:0, length:2,},

transp: {offset:0, length:0,},

};

因为没有亲自去调试,所以没有什么发言权,希望做过这方面的朋友给我一个答案。

3) 对于 CSTN 屏,一般都能达到 12 位色(4096 色)的,S3C2410 这颗芯片也是支持的,但是在软件方面要做的工作比较大,因为从原有的代码,我们找不到任何 12位色显示的迹象,另外 Linux 本身好像也不支持 12 位色的,如果你要作的事情比较简单,那你就自己写代码吧。我在此给出 12位色的数据结构定义

static struct s3c2410fb_rgb xxx_stn_rgb_12 = {

red: {offset:8, length:4,},

green: {offset:4, length:4,},

blue: {offset:0, length:4,},

transp: {offset:0, length:0,},

};

但是要完成 12 位色 CSTN 屏驱动程序的编写还有一些工作要做,稍后我会适当的向大家介绍。

4) 接着看下面的代码,其中要修改的部分已经用绿色标出,下面分别进行介绍。

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a) 颜色位数

bpp:16

如果你的 LCD 屏是 TFT 的,那一般都可以达到 16 位色或 24 位色,这也要看硬件怎么连接了,根据情况进行设置即可;

如果你的 LCD屏是 CSTN的,按照常规 LCD手册的介绍,一般都可以支持到8 位色(256色),而实际的 CSTN屏的显示效果都可以达到 12 位色(4096色),那可有很大的区别的,如果你要选择便宜的屏又要丰富的颜色,那就费点劲,完成 12 位色的驱动。

b) LCD屏的宽度和高度

xres: 240

yres: 320

这个就不用多说了,你的屏的分辨率是多少就设置成多少呗。

c) 寄存器的设置,这些也不困难。下面就让我们一起一口一口的将 S3C2410 的LCD寄存器统统吃掉! 首先介绍一下我这块屏,这是日立的一块 TFT 屏,大小为 640X240,可以支持到 16位色。 与驱动有关的一张表

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图二 LCD屏资料

有了这些信息,让我们看一下 LCD寄存器的设置。

LCD控制器1

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  • LINECNT --- 这是一个只读的数据,我们当然没有必要理它
  • CLKVAL --- 这可是一个很有用的参数,其实没必要管它后面的计算,我们可以通过实际的测试来得出一个有效的值,对于320x240 的屏一般设置为 7 就可以了,而对于 640x480 的屏,该值可以小一点。对于后面的计算公式及注释(STN: CLKVAL <= 2,TFT: CLKVAL <= 0),我不知道该如何去理解,因为在实际的应用中我点了一块 640X240 的CSTN 屏,当我的 CLKVAL = 1 时才达到了一个最佳的效果,这似乎与说明书相违背,我也解释不清为什么?!
  • PNRMODE --- 这个应该不用多做解释,大家一看都明白了,对于 TFT 屏,只能设置成 11,而对于 CSTN 屏,可能需要根据实际屏的信息去设置,我遇到的屏都设置成 10,即 8bit 单扫描模式。对于4bit单扫描、4bit 双扫描、8bit 单扫描的说明在 s3c2410 的手册中有详细的介绍,大家可以去参考一下。
  • BPPMODE --- 这个参数更不用多说了吧,就是设置屏的颜色位数喽。
  • 这些参数的设置都很简单,我给出我这块屏的定义:

    lcdcon1: LCD1_BPP_16T | LCD1_PNR_TFT | LCD1_CLKVAL(1),

  • 同时,我也给出一块 CSTN 屏的寄存器参数信息

    lcdcon1: LCD1_BPP_12S | LCD1_PNR_8S | LCD1_CLKVAL(9),

LCD控制器2

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对于 TFT 屏必须要填,至于什么意思怎么翻译,相信大家都比我的水平强,自己翻译吧。我只说明从 LCD中如何将这个值“扣”出来。

很容易,看一下图二 LCD屏资料,对比一下得出如下信息:

  • LCD2_VBPD:

    Vertical back porch 典型值为 7

  • LCD2_VFPD:

    Vertical front porch 典型值为 4

  • LCD2_VSPW:

    Vsync Valid width 典型值为 2

  • 关于 LINEVAL 在程序的后面将会提到,此处不必理会。
  • 经过分析,我们知道了如何设置 LCD2:

    lcdcon2: LCD2_VBPD(7) | LCD2_VFPD(4) | LCD2_VSPW(2),

  • 对于 STN(CSTN)屏,这个寄存器的设置最简单,将 VBPD、VFPD、VSPW 都设置成 Zero 就可以了。即

    lcdcon2: LCD2_VBPD(0) | LCD2_VFPD(0) | LCD2_VSPW(0),

LCD控制器3

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对于 TFT 屏,很容易将 HBPD 和 HFPD 找出来,如下

  • LCD3_HBPD:

    Horizontal back porch 典型值为 37

  • LCD3_HFBD:

    Horizontal back porch 典型值为 32

  • 对于 HOZVAL 同样会在后面提到,此处暂时不管
  • 经过分析,我们知道了如何设置 LCD3:

    lcdcon3: LCD3_HBPD(37) | LCD3_HFPD(32) ,

  • 对于(STN)CSTN屏,我没有很好的理解 WDLY 和 LINEBLANK 的真正涵义,通过改变这两个参数的值,我也没有得到特别明显的差异,我一般设置为:

    lcdcon3: LCD3_WDLY_16 | 0x10 ,

  • LCD控制器4

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    对于 TFT 屏,需要设置 HSPW 的值,这个在 LCD 手册上也很容易得到

    • LCD4_HSPW:

      Hsync Valid width 典型值为 5

    • 至于 MVAL,我不知道是什么意思,有什么作用,我从来不动它,只取它最初的那个值 13
    • 经过分析,我们知道了如何设置 LCD4:

      lcdcon4: LCD4_HSPW(5) | LCD4_MVAL(13) ,

    • 对于 STN(CSTN)屏,像 WDLY 一样,我通常不改变,因为改变了没有发现有什么作用,这是我驱动中的代码,好几块屏都一样的:

      lcdcon4: LCD4_WLH(0) | LCD4_MVAL(13) ,

    LCD控制器5

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    这个寄存器的看起来比较复杂,但是无外乎这几类:

    • 只读信息:VSTATUS和 HSTATUS

      只读的东东,设置它也没用,不必理会。

    • TFT 屏的颜色信息:BPP24BL、FRM565

      TFT 屏的颜色信息,这个我们在 LCD的硬件连接时已经提到了,根据具体的接线方式,设置信息。

    • 控制信号的极性

      TFT/STN 屏控制信号的极性:INVVCLK、INVVLINE、INVVFRAME、INVVD、INVPWREN、PWREN

      TFT 屏特有的控制信号的极性:INVVDEN、INVLEND、ENLEND

      这些信息主要是使S3C2410的信号输出极性与LCD屏的输入极性的问题,需要根据具体的硬件进行设置,较为常见的是vline/hsync 、VFRAME/VSYNC脉冲的极性。

    • 颜色信息的字节交换控制位:BSWP、HWSWP

      这两位用来控制字节交换和半字交换,主要用来大小头的问题,如果输出到屏上的汉字左右互换了,或者输出到屏上的图花屏了,可以更改这个选项。具体涵义在 S3C2410芯片手册上有详细的说明。

    • 我的这块 TFT 的信息设置如下:

      lcdcon5: LCD5_FRM565 | LCD5_HWSWP | LCD5_PWREN ,

    • 一块 CSTN屏的信息

      lcdcon5: LCD5_BSWP | LCD5_PWREN ,

    • FrameBuffer 起始寄存器 1

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      这个寄存器的设置没有必要去修改(TFT/STN),都使用默认的代码即可:

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      FrameBuffer 起始寄存器 2 和 FrameBuffer 起始寄存器 3

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      这两个寄存器的设置比较重要,在此我给出 12 位色 CSTN 屏和 16 位色TFT 的设置代码:

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      前面提到的 LINEVAL 和 HOZVAL 以源码的形式给出,其中 CSTN 8 位色没有经过测试。

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      RGB Loopup Table Register

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      这三个寄存器的在驱动 256 色 CSTN 屏的时候需要使用,我在别的芯片上使用过,因为这颗芯片支持 12 位色,所以没有去调试,我给

      出两组可能的值:

      • S3C44B0 上的

        rREDLUT = 0xFCA86420;

        rGREENLUT = 0xFCA86420;

        rBLUELUT = 0xFFFFFA50;

      • Jupiter 上的

        rREDLUT = 0xFEC85310

        rGREENLUT = 0xFEC85310

        rBLUELUT = 0xFB40

      • 5) 好了,各个寄存器的设置完成了,最后在驱动 CSTN屏的时候需要提醒大家一句,CSTN的信号引脚中有一个叫VM/DISP的信号线,这个信号线的作用就是打开LCD的显示开关,让其进行显示,它可以接到任何一个 GPIO 口上。S3C2410 中提供了一个 VM 信号,可以将 LCD的这个信号与 S3C2410 的 VM 信号相接即可,然后在驱动中一定要加上如下语句(蓝色选中部分):

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        否则你的 LCD可能没有任何显示哦(对于 TFT 屏不需要这个语句)

        6) 关于 12 位色的 CSTN屏的驱动还需要做一些工作,我在这里简单介绍一下:

        a) 首先要完成一个 fbcon-cfb12.c和 fbcon-cfb12.h 的编写,这两个文件很简单,在armLinux 中不是提供了 fbcon-cfb16.c 和 fbcon-cfb12.h 吗?简单修改一下就可以了;

        b) 将 fbcon-cfb12.c 的编译加入 Config.in 中(不会的话去 google 搜一下,或者看一下我的另一篇文章《JFFS2 在 HHARM2410 上的实现》,里边有一些说明),并定义一个 FBCON_HAS_CFB12 参数(模仿 FBCON_HAS_CFB16 呗);

        c) 另外,需要在 s3c2410fb.c 中的相应部分加上对 12位色的支持即可。呵,说起来简单,但实际做起来可能会有一些问题,给大家一个窍门:在程序中找到#ifdef FBCON_HAS_CFB16 之类的代码,简单理解一下加上对 12 位色的支持;

        d) 我只给出函数 s3c2410fb_set_var中的改动,其他的应该都不是很困难,相信朋友们都能搞定。

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        e) 不要跟我要源码哦,否则老板会不高兴哦 。

        4. 驱动写好了,重新 Make,下载就可以了。如果一切顺利,在 TFT 屏或 256 色的 CSTN屏上会有一个漂亮的小蜻蜓(应该是蜻蜓吧)出现。注意,并不是蜻蜓出现了就代表你的驱动 OK了,还要用 GUI 程序做进一步的测试,因为某一个或几个参数虽然不正确,但是仍然能够看到小蜻蜓的,但显示图形的时候就有问题了。另外,在驱动 CSTN到 12位色的时候,我们在屏上看不到小蜻蜓(我的 N块 CSTN屏上都没见到小蜻蜓),我想,可能是 armLinux 本身不支持 12 位色显示,或者我们某些地方没搞对的原因吧,但这不代表你的驱动有问题,用 GUI 程序写 FrameBuffer,看看能否的到正确的结果。

        5. GUI 程序的编写

        FrameBuffer 驱动写好了,那么怎么去使用,怎么在 LCD 上显示图像呢?这就是 GUI程序的任务了,其实要在 LCD 上显示图像,说白了就是把数据(包含颜色)写到FrameBuffer 中对应的位置就可以了。如果你使用如 Microwinow、MiniGui、Qt 之类的GUI,则没有必要关心 FrameBuffer与 LCD屏上的点如何进行映射了,但如果你在使用了 CSTN 屏,并且要显示效果好的照片,选择了 CSTN 的 12 位色(4096色 ),那你就要自己写 GUI 程序了,因为好像 armLinux(Linux)本身都不支持 12 位色的,听说 MiniGui支持 12 位色,但我在工作中的要求只是显示图形而已,没有去深入研究 MiniGui,所以自己写了。

        另外请朋友们见谅的是我不能给出全部的源代码,因为我毕竟受雇于人,有些东东是可以 GPL 的,而有些东东暂时是不可以 GPL 的。

        下面给出我的程序的部分代码,希望对朋友们有所帮助。

        1) 全局变量的定义:

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        定义几个全局变量,用起来方便。

        2) 初始化图形显示引擎,将 fb0与 GUI 的 buffer做个映射

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        用mmap函数使用户空间的一段地址关联到设备内存(FrameBuffer)上。无论何时,只要程序在分配的地址范围内进行读取或者写入,实际上就是对设备的访问,使用 mmap 可以既快速又简单地访问显示卡的内存。对于象这样的性能要求比较严格的应用来说,直接访问能给我们提供很大不同。 不过我曾将帮一个网友调试了一个 S3C44B0 上的 GUI 程序,在他的 GUI 中 mmap 函数总会出错,因为没有拿到他的硬件和驱动源码,没有分析出其中的原因,所以只得用 write函数,直接向 fb0 写入数据,奇怪的是只写入一部分数据好像都不起任何作用,只得整屏数据写入才搞定了。这可就比较痛苦了,不过好在他只是写入的黑白数据,数据量还不是很大,要是彩色的那可真的痛苦了 。

        另外,我还想多啰嗦两句,FrameBuffer的像素点与LCD屏上的像素点的对应关系 ,深入了解一下对程序的理解可能会更清楚一点。我们知道黑白(2 色)颜色用 0 和 1 就可以表示了,也就是 1 位数据就可以了,那 1 个字节就可以表示 8 位数据,假如这个字节是10101010,FrameBuffer 的偏移地址为 0,则在 LCD 屏上便会显示出 4 个黑点,黑点中间会有 4 个白点出现(假如 1 是黑色);对于 4 色则用 00、01、10、11 就可以表示出四种颜色,即用两位数据可以表示一位数据,那同样是 10101010,则对应于 LCD 屏上则显示的

        是颜色值为10,长度为4(8/2)的一条直线;同理,对于8位色(256色),则8位数据才能表示出一个点的颜色值,10101010在LCD屏上就只能显示为颜色值为10101010的点了。

        有了上面的基础我们就可以很好的理解这个语句了:

        screensize = vinfo.xres*vinfo.yres*vinfo.bits_per_pixel/8;

        即FrameBuffer 的大小=LCD屏的宽度 * LCD屏的高度 * 每像素的位数 / 每字节的位数

        例如,一个320*240的黑白平,FrameBuffer的大小为

        320 * 240 * 1 / 8 = 9600 (字节)

        而一个320 * 240的16位色LCD的 FrameBuffer的大小则为

        320 * 240 * 16 / 8 = 153600(字节)

        3) TFT 屏 16 位色的画点函数

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        有了画点函数,你还愁什么?图形汉字都可以搞定了吧!

        4) CSTN屏 12位色的画点函数

        S3C2410 LCD 驱动程序移植及GUI程序编写 - liudefang111 - deisp的博客0 && image.height>0){if(image.width>=510){this.width=510;this.height=image.height*510/image.width;}}" border=0>

        注意,为了更便于代码书写,我在这个函数中将 fbp 定义为 static char * fbp,而在TFT 屏 16 位色的画点函数中 fbp 的定义为 U16 * fbp,你可以根据需要进行修改。

        5) TFT 屏 16 位色下显示 24色位图函数

        S3C2410 LCD 驱动程序移植及GUI程序编写 - liudefang111 - deisp的博客0 && image.height>0){if(image.width>=510){this.width=510;this.height=image.height*510/image.width;}}" border=0>

        Bmp文件的格式可以参考网上的一些资料,如果需要也可以直接找我要。

        6) CSTN屏 12位色下显示 24 色位图函数

        S3C2410 LCD 驱动程序移植及GUI程序编写 - liudefang111 - deisp的博客0 && image.height>0){if(image.width>=510){this.width=510;this.height=image.height*510/image.width;}}" border=0>

        7) 呵呵,别忘了关闭设备哦

        void closegraph()

        {

        munmap(fbp,screensize);

        close(fb);

        }

        8) 另外关于如何显示汉字的 C 语言代码,在我的网站上有现成的源码《点阵字库西那时程序》,在TC2.0 下都是可以跑的,她可以支持 12X12 点阵、14X14 点阵、16X16点阵汉字及 ASC 码的显示,将画点函数和与设备相关的函数简单替换就可以了,移植起来应该不困难。对于有更高需求的朋友,如果 GB 库还不够,我也提供了 GBK支持 2 万多个汉字的显示,只可惜只有 16X16点阵的字库,没有小字体。显示方法我也提供了源码哦(因为网上没有找到相关资料,再加上老刘我比较笨,我研究了好长时间才成功,就让需要的朋友一起分享吧!)

        6. 糊里糊涂写了好长时间,从 2004 年 12 月就开始了,一直写到了今天(2005 年 1 月 18日),希望我的辛苦不会白费,希望这些东东对朋友们有所帮助,如果你发现错误或有好的意见,别忘了通知我啊laoliu@laoliu-soft.net,我及读到这片文章的朋友们会感谢你的哦!阿门!

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