基于S3C2440的LCD驅(qū)動的設(shè)計.doc

基于 S3C2440 的 LCD 驅(qū)動的設(shè)計 作 者：劉 立 指導(dǎo)老師：吳 全 玉開發(fā)環(huán)境.主機:VMWare-Fedora 9.開發(fā)板:Mini2440-64MB Nand, Kerne1:2.6.30.4.編譯器:arm-linux-gcc-4.3.2摘要：根據(jù)人機交互對于LCD顯示系統(tǒng)的需求，圍繞S3C2440嵌入式處理器，研究LCD 控制器的設(shè)置，以及在Linux下的驅(qū)動的工作原理，并介紹在 Linux 系統(tǒng)下 FrameBuffer 設(shè)備驅(qū)動的結(jié)構(gòu)組成及實現(xiàn)方法。關(guān)鍵字：S3C2440，LCD 驅(qū)動，F(xiàn)rameBufferLCD driver based on S3C2440Abstract： For the requirement of LCD display in human-machine interface，using S3C2440 embedded processor ， introduce how to set these controller registers and the principle of drivers in Linux，and also described the structure of the FrameBuffer device and how to write a FrameBuffer driver。Keywords: S3C2440，LCD driver，F(xiàn)rameBuffer 注意：Linux-2.6.32.2內(nèi)核已經(jīng)支持S3C2440的LCD控制器驅(qū)動， 在此我們只討淪TFT LCD（真彩屏）。1引言隨著計算機的不斷發(fā)展，各種 SOC 的功能越來越強大，嵌入式系統(tǒng)正以前所為有的發(fā)展 速度進入我們生活中的各個領(lǐng)域，從工業(yè)生產(chǎn)到我們所使用的消費電子產(chǎn)品，隨處可見嵌入 式系統(tǒng)的身影。而 LCD 顯示系統(tǒng)做為一個很好的人機交互的窗口，已經(jīng)成為大多是嵌入式系 統(tǒng)不可或缺的組成部分。S3C2440 是韓國 Samsung 公司基于 ARM920T 內(nèi)核而設(shè)計生產(chǎn)的嵌入式處理器，同時支持16/32 位指令集，具有低功耗，高性價比等特點，主要面向手持設(shè)備。本文就以 S3C2440 為 平臺，應(yīng)用其內(nèi)部的 LCD 控制器，闡述 LCD 驅(qū)動程序的設(shè)計。2LCD 控制器介紹S3C2440 的 LCD 控制器負責(zé)產(chǎn)生液晶屏所需要的各種控制信號并負責(zé)把顯示緩存中的數(shù) 據(jù)送到液晶屏以顯示。LCD 控制器是可編程的，支持單色和彩色顯示，支持多種顯示器，支持多種水平像素和 豎直像素，數(shù)據(jù)總線帶寬，接口時鐘和刷新率。圖 1 為 LCD 控制器邏輯框圖，LCD 控制器有 REGBANK，LCDCDMA，VIDPRCS，TIMEGEN 和LPC3600 組成。其中 REGBAN有17個可編程的寄存器和25616個調(diào)色存儲器用來配置 LCD 控制器。LCDCDMA 是一個專用的 DMA，他能夠自動傳送顯存里的內(nèi)容到 LCD 上去顯示。VIDPRCS 接受 LCDCDMA 傳送過來的數(shù)據(jù)然后從 VD23:0口發(fā)送到 LCD 驅(qū)動器并在此把他們轉(zhuǎn)換成合適的格式。 TIMEGEN 由可編程邏輯組成，它針對不同的 LCD 驅(qū)動器提供不同的接口時序。 TIMEGEN 模塊產(chǎn)生 VFRAME，VLINE，VCLK，VM 等等信號。而這些控制信號又與REGBANK寄存器組中的LCDCON 1/2/3/4/5的配置密切相關(guān)，通過不同的配置，TIMEGEN就能產(chǎn)生這些信號的不同形態(tài)，從而支持不同的LCD驅(qū)動器(即不同的STN/TFT屏)。 LCD控制器內(nèi)部共有18個控制寄存器，在設(shè)備初始化的時候要針對不同的LCD顯面板對這些寄存器進行相應(yīng)設(shè)置，才能夠正確的顯小。 LCDCONI-LCDCON5主要用來設(shè)置與LCD而板相關(guān)的信息以及產(chǎn)生對于不同的顯器而需要的不同的控制信號。 幀緩沖起始地址寄存器1-3 (LCDSADDRI-3)用于指;:視頻緩沖區(qū)在系統(tǒng)存儲器中的地址，包括起始地址和結(jié)束地址，以及虛擬屏幕的偏移量和虛擬屏的頁寬度。 RGB查找表包括紅色查找表寄存器(REDLUT)、綠色查找表寄存器(GREENLUT)和藍色查找表寄存器(BLUELUT)。在這3個寄存器中，可以分別設(shè)定使用的8種紅色、8種綠色、和吐種藍色。抖動模式寄存器(Dithering Mode Register)，實際上，紅色、綠色和藍色的差異，是通過時間抖動算法及幀率控制來實現(xiàn)的，因此還需要設(shè)置抖動模式寄存器。3 Linnx下的LCD驅(qū)動的實現(xiàn)LCD驅(qū)動動基礎(chǔ)知識 LCD驅(qū)動中最關(guān)鍵的就是時鐘頻率(Clock frequency)的設(shè)置，時鐘頻率設(shè)置不對，LCD的顯示就會閃，或者根本沒有顯示。一般LCD的Datasheet上會寫有一個推薦的頻率，比如mini2440所用的統(tǒng)寶3.5LCD，在它的數(shù)據(jù)手冊第13頁，有這樣一個表格: 可以看到，這里推薦的時鐘頻率是6.39MHz，近似于6.4MHz，范圍，是5M-6.8_SMHz 。S3C2440之LCD控制器與此相關(guān)的設(shè)置為CLKVAL，通過設(shè)置它，就可以在LCD接口的VCLK引腳上產(chǎn)生LCD所需要的時鐘頻率，那么CLKVAL和VCLK有何種關(guān)系呢?在2440手冊中有這樣一段描述:接下來，手冊中提供了它們的數(shù)學(xué)關(guān)系公式:VCLK=HCLK/(CLKVAL+1)*2因此可以得出：VCLK=HCLK/(CLKVAL+1)*2那么HCLK是多少呢?我們的開發(fā)板運行于400Mhz，這個可以在bootloader的源代碼頭文件中看到，打開vboot/smdk2440.藍色框內(nèi)為所用的時鐘頻率設(shè)置參數(shù)，其中的148表示CLKDIVN寄存器中，F(xiàn)CLK HCLK PCLK的設(shè)置比例為1：4：8詳見2440芯片手冊P242 如圖:結(jié)合2440數(shù)據(jù)手冊242頁的內(nèi)容:可見，F(xiàn)CLK:HCLK:PCLK=1:4:8，因此得出HCLK=100Mhz，再根據(jù)上述公式得出CLKVAL應(yīng)為:CLKVAL=HCLK/(VCLK*2)-1CLKVAL=100000000/(6400000*2)-1=6.8選擇最接近的整數(shù)值7，并把它寫入LCDCON1:17-8由此產(chǎn)生的VCLK頻率實測為5.63Mhz左右，它也是在5-6.85Mhz之間的數(shù)值.新內(nèi)核中的pixclock參數(shù)在以前較老的Linux內(nèi)核中，對十LCD寄存器的設(shè)置都是這樣直接填寫CLKVAL的，但Linux-2.6.32.2內(nèi)核卻不再使用這樣簡單直觀的方式，而是通過一個稱為“pixclock”的參數(shù)進行調(diào)節(jié)，它的計算變的復(fù)雜和難以理解，我們不清楚Linux內(nèi)核中關(guān)十2440部分的移植為何改變成這樣的方式，這有可能是為了和X86體系中的設(shè)置保持一致的風(fēng)格，下面我們根據(jù)實際的代碼進行一些推導(dǎo)和說明，但推導(dǎo)結(jié)果和我們的實際設(shè)置是并不一致的，會有一些誤差。在Framebuffe:驅(qū)動(linux-2.6.32.2/ drivers/video/s3c2410fb.c)中有這樣一個函數(shù): clkdiv=DIV_ ROUND_ UP(s3c2410fb_ calc_pixclk(fbi, var-pixclock), 2);這里的clkdiv就是我們上面提到的CLKVAL, 而DIV_ ROUND_ UP是一個宏定義，它位與include/linux/kernel.h文件中: #define DIV_ ROUND_ UP(n,d) (n)+(d)-1)/(d)這其實是一個數(shù)學(xué)概念:向上取整。下面是關(guān)與“向上取整”的一段說明:對于除數(shù)為“2”的本算法而言，我們可以簡單的理解為“(n/2)+ 0.5”所對應(yīng)的整數(shù)值，因此這里不可能避免的就出現(xiàn)了誤差，也就是說n的數(shù)值是有一定范圍的，這里的n就是s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var-pixclock)，因此上面的公式可以改寫為:clkdiv=s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var-pixclock)/2+0. 5而s3c2410fb_ calc_pixclk(fbi, var-pixclock)這個函數(shù)在linux-2.6.32.2/drivers/video/s3c2410fb.c中是這樣定義的:因此得出:clkdiv=clk*pixclk/(10 12)/2+0. 5根據(jù)實際打印結(jié)果驗證，此處的clk其實就是HCLK.而根據(jù)static void s3c2410fb_ activate_ var(struct fb_ info *info)函數(shù)中的描述，會得出這樣一個關(guān)系:CLKVAL=clkdiv-1再結(jié)合從2440芯片手冊得到的公式CLKVAL=HCLK/(VCLK*2)-1，因此可以得出大致這樣的結(jié)果(“大致”可以理解為一定的誤差范圍): Pixclk=(HCLK-VLCK)x 10 12/HCLK VCLK 以我們所用的統(tǒng)寶屏為例: HCLK=100Mhz=100,000,000Hz VLCK=6.4Mhz=6400,OOOHz因此計算出:pixclk =146250單位是ps(picoseconds)，這是我們實際設(shè)置的數(shù)值170000是有一定誤差的。另外，在Linux內(nèi)核文檔中，還有另外一種計算pixclock的方式，見linux/Documentation/fb/framebuffer.txt，在此我們就不再詳細介紹了，感興趣的可以自己看下，或者到網(wǎng)上查下相關(guān)資料。如果你對這些參數(shù)比較“暈”，我們建議你按照我們已經(jīng)移植驗證好的參數(shù)進行設(shè)置，下面是具體的參考步驟。在內(nèi)核中添加各種LCD類型的支持打開arch/arm/mach-s3c2440/mach-mini2440.c，先刪除之前的LCD設(shè)備平臺代碼， 再把友善之臂已經(jīng)移植好的代碼加入，如下:然后打開drivers/video/Kconfig，在大概1929行加入以下配置信息: 這樣，我們就完成了LCD驅(qū)動的移植，如果你需要加入其他型號的LCD驅(qū)動，也可以參照上面的方式復(fù)制即可，一般小尺寸的pixclock參數(shù)可以參考統(tǒng)寶3.5”的，超過640x480分辨率的參數(shù)可以參考8LCD的，特別要注意你使用的LCD的長寬也要修改。配置內(nèi)核并下載到開發(fā)板測試現(xiàn)在，我們在命令行輸入:make menuconfig進入內(nèi)核配置：.編譯后進入如下界面：依次按下面的子菜單項選擇：會出現(xiàn)如圖所示LCD型號配置選項:按空格或者回車鍵選擇我們需要的LCD型號，然后退出保存內(nèi)核配置。在命令行執(zhí)行: #make zImage 將會生成arch/arm/boot/zImage，把它燒寫到開發(fā)板中運行即可。參考資料：徐英慧、馬忠梅、土磊. ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一基于上S3c2W0與Linnx.北京航空航天大學(xué)出版社.2007年.第一版Samsnng Electronics Co.，Ltd二S3C2吐吐OA 32-B工T CMOS M工CROCONTROLLER USERSMANUAL Revision 1陳草、于盛林.基于ARM的LCD模塊接曰設(shè)計及MiniGU工實現(xiàn).儀器儀表學(xué)報. 2007年.28卷.釗郝英華、李曉光.