了解LCD驱动(FrameBuffer)的开发

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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

背景知识

1. LCD工作的硬件需求

一块LCD正常的显示文字或图像，首先需要LCD驱动器，还需要相应的LCD控制器。一般情况下，LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器则是由外部的电路来实现，现在很多的MCU内部都集成了LCD控制器，如S3C2410/2440等。通过LCD控制器就可以产生LCD驱动器所需要的控制信号来控制STN/TFT屏了。

2. 例：S3C2440内部LCD控制器结构图

我们根据数据手册来描述一下这个集成在S3C2440内部的LCD控制器：

1) LCD控制器：REGBANK、LCDCDMA、TIMEGEN、VIDPRCS寄存器组成；

2) REGBANK：17个可编程的寄存器组和一块256*16的调色板内存组成，用途-配置LCD控制器；

3) LCDCDMA：是一个专用的DMA，能自动把在侦内存中的视频数据传送至LCD驱动器，经过使用这个DMA通道，视频数据不需要CPU干预可以显示在LCD屏上；

4) VIDPRCS：接收来自LCDCDMA的数据，并转换为合适的数据格式，像4/8位单扫，4位双扫显示模式，之后通过数据端口VD[23:0]传送视频数据到LCD驱动器；

5) TIMEGEN：可以生成LCD驱动器需要的控制信号，（VSYNC、HSYNC、VCLK和LEND等），这些控制信号与REGBANK寄存器组中的LCDCON1/2/3/4/5的配置密切相关，经过不一样的配置，能产生不同形态，进而支持不同的LCD驱动器(STN/TFT屏)。

3. 常见TFT屏工作时序分析

上面时序图上各时钟延时参数的含义如下：

VBPD(verTIcal back porch)：表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数，对应驱动中的upper_margin；VFBD(verTIcal front porch)：表示在一帧图像结束后，垂直同步信号以前的无效的行数，对应驱动中的lower_margin；VSPW(vertical sync pulse width)：表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算，对应驱动中的vsync_len；HBPD(horizontal back porch)：表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数，对应驱动中的left_margin；HFPD(horizontal front porth)：表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数，对应驱动中的right_margin；HSPW(horizontal sync pulse width)：表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算，对应驱动中的hsync_len；

4、LCD提供的外部接口信号

VSYNC/VFRAME/STV：垂直同步信号(TFT)/帧同步信号(STN)/SEC TFT信号；HSYNC/VLINE/CPV：水平同步信号(TFT)/行同步脉冲信号(STN)/SEC TFT信号；VCLK/LCD_HCLK：象素时钟信号(TFT/STN)/SEC TFT信号；VD[23:0]：LCD像素数据输出端口(TFT/STN/SEC TFT)；VDEN/VM/TP：数据使能信号(TFT)/LCD驱动交流偏置信号(STN)/SEC TFT 信号；LEND/STH：行结束信号(TFT)/SEC TFT信号；LCD_LPCOE：SEC TFT OE信号；LCD_LPCREV：SEC TFT REV信号；LCD_LPCREVB：SEC TFT REVB信号。

对于以上这些参数的值将分别保存到REGBANK寄存器组中的LCDCON1/2/3/4/5寄存器中：(对寄存器的操作请查看S3c2440数据手册LCD部分)

LCDCON1：17 - 8位CLKVAL          6 - 5位扫描模式(对于STN屏:4位单/双扫、8位单扫)          4 - 1位色位模式(1BPP、8BPP、16BPP等)LCDCON2：31 - 24位VBPD         23 - 14位LINEVAL         13 - 6位VFPD          5 - 0位VSPWLCDCON3：25 - 19位HBPD         18 - 8位HOZVAL          7 - 0位HFPDLCDCON4：7 - 0位HSPWLCDCON5：

5、帧缓冲(FrameBuffer)

帧缓冲是Linux为显示设备提供的一个接口，它把一些显示设备描述成一个缓冲区，允许应用程序通过FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备，从而不用去关心具体的硬件细节。对于帧缓冲设备而言，只要在显示缓冲区与显示点对应的区域写入颜色值，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：

帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动结构：

帧缓冲设备为标准的字符型设备，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。

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)。

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。

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，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。就是把GPC和GPD的部分端口配置成LCD控制功能模式。