【正点原子FPGA连载】第八章 Linux显示设备的使用--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

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第八章Linux显示设备的使用

领航者开发板上有两个显示设备接口，分别为HDMI接口和LCD接口，这两个接口可以用来接HDMI显示器和正点原子的LCD液晶屏，使用图形界面的时候可以通过这两个接口分别显示在HDMI显示器和LCD液晶屏上。本章我们讲解如何使用Petalinux配置Linux内核和设备树来驱动HDMI显示器和LCD液晶屏。

1.1 准备工作

HDMI的显示首先需要硬件层面的支持，在《领航者ZYNQ之嵌入式开发指南》的《SD卡读BMP图片HDMI显示实验》中我们实现了裸机驱动HDMI的显示，可见硬件层面是没有问题的。如果想实现Linux驱动HDMI的显示，除了需要该实验对应的Vivado工程的硬件平台支持外，还需要相应的Linux驱动程序，同样LCD的显示除了硬件层面的支持外也需要一个驱动。

Linux显示设备的驱动程序我们放在了提供的内核源码中。在我们提供的光盘资料：ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\kernel目录下有两个源码包，分别是linux-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz和linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz，前者是Xilinx官方提供的Linux内核源码包，后者是我们定制的用于领航者开发板的Linux内核源码包，里面添加了适用于领航者开发板的驱动程序，该内核源码已托管到gitee网站：https://gitee.com/greatdream/linux，可从该网站获取最新的领航者开发板的linux内核源码。

我们将linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz解压到ubuntu系统的work/petalinux/目录下，或者从gitee网站clone到work/petalinux/目录下，推荐使用第二种方式，在终端输入命令如下：

cd~/work/petalinux/

gitclone https://gitee.com/greatdream/linux.gitlinux-4.14

上面的命令实现的功能就是将托管到gitee上的Linux内核源码clone到linux-4.14目录下，clone完成后，进入到linux-4.14目录下，可看到linux内核源码已下载完成，如下图所示：

图 20.1.1 linux内核源码目录

至此我们的准备工作就完成了，下面我们配置Petalinux工程和Linux内核以及设备树来驱动HDMI或LCD的显示。

1.2 配置Petalinux工程

进入到第六章创建的Petalinux工程目录下，输入如下命令，设置Petalinux运行所需的环境变量，

sptl

或者

source /opt/pkg/petalinux/2018.3/settings.sh

执行结果如下图所示：

图 20.2.1 设置Petalinux运行所需的环境变量

现在重新配置petalinux，重新设置Linux内核的来源，输入如下命令：

petalinux-config

在弹出的配置窗口中，进入到“LinuxComponents Selection--->linux-kernel(linux-xlnx)”菜单下，配置Linux内核来源。此处选择“ext-local-src”，也就是本地存放的Linux内核源码，如下图所示：

图 20.2.2 选择“ext-local-src”

也可以选择“remote”选项，将远程路径指向我们托管的gitee网站，此处以本地路径为例进行讲解。按键盘上的下方向键移到“ext-local-src”，然后按键盘上的“Enter“键确定，返回到上一界面，如下图所示：

图 20.2.3 返回到上一界面

进入“Externallinux-kernel local source settings”子菜单，如下图所示：

图 20.2.4 “Externallinux-kernel local source settings”子菜单

按键盘上的“Enter”键配置“EXternal linux-kernel local source path”，如下图所示：

图 20.2.5 填写Linux内核源码的本地路径

也就是填写Linux内核源码的本地路径，上一节我们将Linux内核源码clone到/home/zynq/work/petalinux/linux-4.14目录，所以此处填写该目录。填写完成后，按键盘上的“Enter”键完成配置，返回到上一界面，如下图所示：

图 20.2.6 填写内核路径完成后的界面

现在保存配置并退出，下一步，配置Linux内核。

1.3 配置Linux内核

Linux内核默认都是配置好的，无需配置。下面我们看下进行了那些配置。在终端中输入如下命令：

petalinux-config-c kernel

弹出Linux内核的配置窗口。在内核配置窗口中，进入“Device Drivers”菜单下的“Graphics support”菜单下，

图 20.3.1 “Graphicssupport”菜单

可以看到默认配置了“XilinxLCD framebuffer driver support By Alientek”，该驱动可以用来驱动HDMI和LCD的显示。

在“Device Drivers”菜单下的“Common Clock Framework”菜单下，可以看到默认配置了“Digilentaxi_dynclk Driver”，该驱动可以根据不同的分辨率输出不同的像素时钟。

至此，内核方面的配置也就完成了。保存并退出，进入下一步，配置设备树。

1.4 配置设备树

编辑当前工程目录下的project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi文件。由于文件内容太长，此处就不全部粘贴了，主要讲解下在第6.2.7节的配置的基础上追加哪些内容，在beep后面追加视频时序，内容如下：

1.      beep {
   
2.          compatible = "gpio-beeper";
   
3.          gpios = <&gpio0 57 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
   
4.      };
   
5. 
   
6.      video_timings {
   
7.              timing_4x3_480x272: timing0 {
   
8.                  clock-frequency = <9000000>;
   
9.                  hactive = <480>;
   
10.                  vactive = <272>;
    
11. 
    
12.                  hback-porch = <40>;
    
13.                  hsync-len = <20>;
    
14.                  hfront-porch = <5>;
    
15.                  vback-porch = <8>;
    
16.                  vsync-len = <3>;
    
17.                  vfront-porch = <8>;
    
18. 
    
19.                  hsync-active = <0>;
    
20.                  vsync-active = <0>;
    
21.                  de-active = <1>;
    
22.                  pixelclk-active = <0>;
    
23.              };
    
24. 
    
25.              timing_4x3_800x480: timing1 {
    
26.                      clock-frequency = <33000000>;
    
27.                      hactive = <800>;
    
28.                      vactive = <480>;
    
29. 
    
30.                      hback-porch = <88>;
    
31.                      hsync-len = <48>;
    
32.                      hfront-porch = <40>;
    
33.                      vback-porch = <32>;
    
34.                      vsync-len = <3>;
    
35.                      vfront-porch = <13>;
    
36. 
    
37.                      hsync-active = <0>;
    
38.                      vsync-active = <0>;
    
39.                      de-active = <1>;
    
40.                      pixelclk-active = <0>;
    
41.              };
    
42. 
    
43.              timing_7_800x480: timing2 {
    
44.                      clock-frequency = <33000000>;
    
45.                      hactive = <800>;
    
46.                      vactive = <480>;
    
47. 
    
48.                      hback-porch = <46>;
    
49.                      hsync-len = <20>;
    
50.                      hfront-porch = <210>;
    
51.                      vback-porch = <23>;
    
52.                      vsync-len = <3>;
    
53.                      vfront-porch = <22>;
    
54. 
    
55.                      hsync-active = <0>;
    
56.                      vsync-active = <0>;
    
57.                      de-active = <1>;
    
58.                      pixelclk-active = <0>;
    
59.              };
    
60. 
    
61.              timing_7_1024x600: timing3 {
    
62.                      clock-frequency = <51000000>;
    
63.                      hactive = <1024>;
    
64.                      vactive = <600>;
    
65. 
    
66.                      hback-porch = <140>;
    
67.                      hsync-len = <20>;
    
68.                      hfront-porch = <160>;
    
69.                      vback-porch = <20>;
    
70.                      vsync-len = <3>;
    
71.                      vfront-porch = <12>;
    
72. 
    
73.                      hsync-active = <0>;
    
74.                      vsync-active = <0>;
    
75.                      de-active = <1>;
    
76.                      pixelclk-active = <0>;
    
77.              };
    
78. 
    
79.              timing_10x1_1280x800: timing4 {
    
80.                      clock-frequency = <71100000>;
    
81.                      hactive = <1280>;
    
82.                      vactive = <800>;
    
83. 
    
84.                      hback-porch = <80>;
    
85.                      hsync-len = <10>;
    
86.                      hfront-porch = <70>;
    
87.                      vback-porch = <10>;
    
88.                      vsync-len = <3>;
    
89.                      vfront-porch = <10>;
    
90. 
    
91.                      hsync-active = <0>;
    
92.                      vsync-active = <0>;
    
93.                      de-active = <1>;
    
94.                      pixelclk-active = <1>;
    
95.              };
    
96. 
    
97.              timing_1920x1080: timing5 {
    
98.                      clock-frequency = <148500000>;
    
99.                      hactive = <1920>;
    
100.                      vactive = <1080>;
     
101. 
     
102.                      hback-porch = <148>;
     
103.                      hsync-len = <44>;
     
104.                      hfront-porch = <88>;
     
105.                      vback-porch = <36>;
     
106.                      vsync-len = <5>;
     
107.                      vfront-porch = <4>;
     
108. 
     
109.                      hsync-active = <0>;
     
110.                      vsync-active = <0>;
     
111.                      de-active = <1>;
     
112.                      pixelclk-active = <1>;
     
113.              };
     
114.      };

复制代码

video_timings开始就是追加的内容，以timing_4x3_480x272为例，讲解下命名的格式，timing也就是时序，4x3对应的是4.3寸LCD液晶屏，480x272对应的是该液晶屏的分辨率为480x272，{}内的就是具体的驱动时序，需要说明的是timing_1920x1080对应的是HDMI分辨率为1920x1080的时序。

除了追加以上内容外，还需要在该文件的尾部追加以下内容：

1. &axi_dynclk_0 {
   
2.      compatible = "digilent,axi-dynclk";
   
3.      clocks = <&clkc 15>;
   
4.      #clock-cells = <0>;
   
5. };
   
6. 
   
7. &v_tc_0 {
   
8.      compatible = "xlnx,v-tc-5.01.a";
   
9. };
   
10. 
    
11. &amba_pl {
    
12.      xlnx_vdma_hdmi {
    
13.          compatible = "xilinx,vdmafb";
    
14.          status = "okay";
    
15. 
    
16.          xlnx,vtc = <&v_tc_0>;
    
17.          clocks = <&axi_dynclk_0>;
    
18.          clock-names = "hdmi_pclk";
    
19.          dmas = <&axi_vdma_0 0>;
    
20.          dma-names = "hdmi_vdma";
    
21. 
    
22.          is-hdmi = <0x1>;
    
23. 
    
24.          display-timings = <&timing_1920x1080>;
    
25.          xlnx,pixel-format = "bgr888";
    
26.      };
    
27. };

复制代码

amba_pl配置的是HDMI的驱动，如果显示设备是LCD液晶屏，则需要将amba_pl修改成如下的内容：

1. &amba_pl {
   
2.    xlnx_vdma_lcd {
   
3.        compatible = "xilinx,vdmafb";
   
4.         status = "okay";
   
5.         xlnx,vtc = <&v_tc_0>;
   
6.         clocks = <&axi_dynclk_0>;
   
7.         clock-names = "lcd_pclk";
   
8.         dmas = <&axi_vdma_0 0>;
   
9.         dma-names = "lcd_vdma";
   
10.         is-hdmi = <0x0>;
    
11.         rst-gpios = <&gpio0 62 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    
12.         bl-gpios = <&gpio0 61 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    
13.         
    
14.         atk,lcd-id = <&axi_gpio_0 0 0 GPIO_ACTIVE_LOW
    
15.                  &axi_gpio_0 1 0 GPIO_ACTIVE_LOW
    
16.                  &axi_gpio_0 2 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    
17.         display-timings = <&timing_4x3_480x272
    
18.                   &timing_4x3_800x480
    
19.                   &timing_7_800x480
    
20.                   &timing_7_1024x600
    
21.                   &timing_10x1_1280x800>;
    
22.         xlnx,pixel-format = "rgb888";
    
23.     };
    
24. };

复制代码

设备树配置内容已经放在我们提供的例程源码当中，路径为：“领航者ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\zynq_petalinux\2_linux_hdmi\software\petalinux\project-spec\meta-user\recipes-bsp\device-tree\files\system-user.dtsi”，可以打开这个文件将里面的内容拷贝到这个文件中，默认提供的是HDMI的驱动配置，LCD的驱动配置需要自行替换该文件中amba_pl的内容。

配置完了设备树之后，就是编译Petalinux工程了。

1.5 编译Petalinux工程

现在我们编译整个Petalinux工程，在终端输入如下命令：

petalinux-build

执行结果如下图所示：

图20.5.1 编译整个Petalinux工程

1.6 制作BOOT.BIN启动文件并复制到SD卡

使用下面命令生成 BOOT文件：

petalinux-package--boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga --u-boot --force

执行结果如下图所示：

图20.6.1 生成 BOOT文件

生成BOOT文件后，我们插入SD卡，将该工程image/linux目录下的BOOT.BIN和image.ub文件拷贝到名为BOOT的分区也即/dev/sdc1分区中，如下图所示：

图 20.6.2 拷贝启动镜像到第一个分区

本实验只需要这两个文件即可，现在可以卸载SD卡了。

1.7 在开发板上启动Linux

将SD卡插入领航者开发板的SD卡槽（卡槽位于开发板背面），然后使用Mini USB连接线将开发板左侧的USB_UART接口与电脑连接，用于串口通信。接下来将领航者底板上的启动模式开关设置为从SD卡启动。最后连接开发板的电源线，并打开电源开关。

HDMI显示器显示的内容如下图所示：

图 20.7.1 HDMI显示器显示结果

此时如果在领航者开发板上插入键盘，就可以登录了，登录的用户名为：root，密码为：root。此处我们就不演示了。

至此我们完成了Linux显示设备的驱动。

qiuqiu

更改为LCD的显示程序后，LCD屏幕无法显示，请问是什么原因？

qiuqiu

原子哥，我用的资料中的LCD显示程序，但实际情况是LCD无法显示出界面，不知什么原因？编译的过程中没有任何报错。