在多媒体应用的推动下，彩色 LCD（ 液晶显示屏（liquid crystal display） )应用到了嵌入式系统中，掌上电脑（PDA）、手机等多采用 TFT（薄膜式晶体管） 显示器件，支持彩色图形界面，能显示图片并进行视频媒体播放。帧缓冲（Framebuffer）是 Linux 为显示设备提供的一个接口，帧缓冲（Framebuffer）允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。
本章主要讲解帧缓冲设备 Linux 驱动的架构及编程方法。
1、 LCD 的底层硬件操作原理。
2、帧缓冲设备的概念及驱动中的重要数据结构和函数。
3、帧缓冲设备驱动的整体结构，帧缓冲设备的几个重要函数，整体与部分的关系。
4、 Linux 帧缓冲设备用户空间的访问方法，并对Android 等 GUI简单的介绍。
5、 S3C6410 LCD 控制器设备驱动的实例。
18.1 LCD 硬件原理
利用液晶制成的显示器称为 LCD（液晶显示器），依据驱动方式分为静态驱动、简单矩阵驱动以及主动矩阵驱动 3 种。其中，简单矩阵型又可再细分扭转向列型（TN）和超扭转式向列型（STN）两种，主动矩阵型以薄膜式晶体管型（TFT）为主流。表 18.1 列出TN、STN 和 TFT 显示器的区别。
表 18.1 TN、STN 和 TFT 显示器的区别
TN 型液晶显示技术是 LCD 中最基本的，其他种类的 LCD 都以 TN 型为基础改进而得。TN型 LCD 显示质量很差，色彩单一，对比度低，反映速度很慢，主要用于简单的数字符与文字的显示，如电子表及电子计算器等。
STN LCD 的显示原理与 TN 类似，区别在于 TN 型的液晶分子将入射光旋转 90°，而 STN可将入射光旋转 180°～270°。STN 改善了 TN 视角狭小的缺点，并提高了对比度，显示品质较 TN 高。
STN 搭配彩色滤光片，将单色显示矩阵的任一像素分成 3 个子像素，分别透过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色按比例调和，显示出逼近全彩模式的色彩。STN 显示的画面色彩对比度仍较小，反应速度也较慢，可作为一般的操作显示接口。
DSTN 通过双扫描方式来显示，显示效果相对 STN 有较大幅度的提高。DSTN 的反应速度可达到 100ms，但是在电场反复改变电压的过程中，每一像素的恢复过程较慢。因此，当在屏幕画面快速变化时，会产生“拖尾”现象。
TN 与 STN 型液晶显示器都是使用场电压驱动方式，如果显示尺寸加大，中心部位对电极变化的反应时间就会拉长，显示器的速度跟不上。为了解决这个问题，主动式矩阵驱动被提出，主动式 TFT 型的液晶显示器的结构较为复杂，包括背光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料和薄膜式晶体管等。
TFT 型 LCD，晶体管矩阵依显示信号开启或关闭液晶分子的电压，使液晶分子轴转向而成“亮”或“暗”的对比，避免了显示器对电场效应的依靠。TFT LCD 的显示质量较TN/STN 更佳，画面显示对比度可达 150:1 以上，反应速度逼近 30ms 甚至更快，适用于 PDA、笔记本电脑、数码相机、MP4 等。
一块 LCD 屏显示图像不但需要 LCD 驱动器，还需要有相应的 LCD 控制器。通常 LCD驱动器以 COF/COG 的形式与 LCD 玻璃基板制作在一起，而 LCD 控制器则由外部电路来实现。许多 MCU 内部直接集成了 LCD 控制器，通过 LCD 控制器可以方便地控制 STN 和TFT 屏。
TFT 屏是目前嵌入式系统应用的主流，图 18.1 所示给出了 TFT 屏的典型时序。时序图中的VCLK、HSYNC 和 VSYNC 分别为像素时钟信号（用于锁存图像数据的像素时钟）、行同步信号和帧同步信号，VDEN 为数据有效标志信号，VD 为图像的数据信号。
18.1 TFT 屏工作时序
分析：
帧同步信号VSYNC，每发出一个脉冲，都意味着新的一屏图像数据开始发送。行同步信号HSYNC，每发出一个脉冲都表明新的一行图像资料开始发送。在帧同步以及行同步的头尾都必须留有回扫时间。这样的时序安排起源于 CRT 显示器电子枪偏转所需要的时间，但后来成为实际上的工业标准，因此 TFT 屏也包含了回扫时间。
图 18.2 给出LCD 控制器中应该设置的 TFT 屏的参数，其中的上边界和下边界即为帧切换的回扫时间，左边界和右边界即为行切换的回扫时间，水平同步和垂直同步分别是行和帧同步本身需要的时间。xres 和 yres 则分别是屏幕的水平和垂直分辨率，常见的嵌入式设备的 LCD 分辨率主要为 320×240、640×480 等。
