Linux LCD设备驱动详解

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本文是基于mini2440开发板Linux版本号是linux-2.6.32.2的学习笔记

一. LCD device硬件信息

1.LCD控制器的寄存器地址从 0X4D000000开始

2.lcd device的名称：s3c2410-lcd

struct platform_device s3c_device_lcd = {
	.name		  = "s3c2410-lcd",
	.id		  = -1,
	.num_resources	  = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),
	.resource	  = s3c_lcd_resource,
	.dev              = {
		.dma_mask		= &s3c_device_lcd_dmamask,
		.coherent_dma_mask	= 0xffffffffUL
	}
};

3. lcd的平台信息的设置

s3c24xx_fb_set_platdata(&mini2440_fb_info);

4. 现在的lcd的型号：TD240320
   lcd的类型

.type		= S3C2410_LCDCON1_TFT,

5. lcd的长宽

#define LCD_WIDTH 240
#define LCD_HEIGHT 320

lcd 平台信息的设置

二. lcd device的注册

调用注册平台设备接口注册s3c2440的外设设备。

platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices));

设备的名称是上面的“s3c2410-lcd”

三. lcd driver的注册

搜索“s3c2410-lcd”，找到文件s3c2410fb.c，发现在这个文件里面注册了匹配s3c2410-lcd设备的驱动。

static struct platform_driver s3c2410fb_driver = {
	.probe		= s3c2410fb_probe,
	.remove		= s3c2410fb_remove,
	.suspend	= s3c2410fb_suspend,
	.resume		= s3c2410fb_resume,
	.driver		= {
		.name	= "s3c2410-lcd",
		.owner	= THIS_MODULE,
	},
};

probe函数是s3c2410fb_probe。
调用platform_driver_register注册driver。

int __init s3c2410fb_init(void)
{
	int ret = platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);
	if (ret == 0)
		ret = platform_driver_register(&s3c2412fb_driver);

	return ret;
}

四. lcd driver的probe函数

• 获取设备的platform_data。这个platform_data就是在mach-mini2440.c文件中通过s3c24xx_fb_set_platdata函数注册，最终指向的是全局变量mini2440_fb_info。

static struct s3c2410fb_mach_info mini2440_fb_info __initdata = {
	.displays	= &mini2440_lcd_cfg,
	.num_displays	= 1,
	.default_display = 0,

	.gpccon =       0xaa955699,
	.gpccon_mask =  0xffc003cc,
	.gpcup =        0x0000ffff,
	.gpcup_mask =   0xffffffff,

	.gpdcon =       0xaa95aaa1,
	.gpdcon_mask =  0xffc0fff0,
	.gpdup =        0x0000faff,
	.gpdup_mask =   0xffffffff,
	.lpcsel		= 0xf82,
};

• 获取display硬件信息，实际上指向的是mini2440_lcd_cfg全局变量

static struct s3c2410fb_display mini2440_lcd_cfg __initdata =
{
#if !defined (LCD_CON5)
	.lcdcon5	= S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
			  S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
			  S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
			  S3C2410_LCDCON5_PWREN |
			  S3C2410_LCDCON5_HWSWP,
#else
	.lcdcon5	= LCD_CON5,
#endif

	.type		= S3C2410_LCDCON1_TFT,

	.width		= 0,
	.height		= 0,

	.pixclock	= LCD_PIXCLOCK,
	.xres		= LCD_WIDTH,
	.yres		= LCD_HEIGHT,
	.bpp		= 16,
	.left_margin	= LCD_LEFT_MARGIN + 1,
	.right_margin	= LCD_RIGHT_MARGIN + 1,
	.hsync_len	= LCD_HSYNC_LEN + 1,
	.upper_margin	= LCD_UPPER_MARGIN + 1,
	.lower_margin	= LCD_LOWER_MARGIN + 1,
	.vsync_len	= LCD_VSYNC_LEN + 1,
};

• 申请一个framebuffer

fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev);

• s3c2410fb_info结构体和fb_info的相互关联

info = fbinfo->par;

• 获取寄存器资源并进行映射

res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
size = (res->end - res->start) + 1;
info->mem = request_mem_region(res->start, size, pdev->name);
info->io = ioremap(res->start, size);

• 先禁止lcd 视频和信号输出， LCDCON1寄存器的第0位写0就是禁止。

lcdcon1 = readl(info->io + S3C2410_LCDCON1);
writel(lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_ENVID, info->io + S3C2410_LCDCON1);

• 先填充fbinfo的fix结构体

fbinfo->fix.type	    = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
fbinfo->fix.type_aux	    = 0;
fbinfo->fix.xpanstep	    = 0;
fbinfo->fix.ypanstep	    = 0;
fbinfo->fix.ywrapstep	    = 0;
fbinfo->fix.accel	    = FB_ACCEL_NONE;

• 再填充fbinfo的var结构体

fbinfo->var.nonstd	    = 0;
fbinfo->var.activate	    = FB_ACTIVATE_NOW;
fbinfo->var.accel_flags     = 0;
fbinfo->var.vmode	    = FB_VMODE_NONINTERLACED;

• 申请中断，注册中断函数

irq = platform_get_irq(pdev, 0);
ret = request_irq(irq, s3c2410fb_irq, IRQF_DISABLED, pdev->name, info);

• 获取lcd的时钟，并使能时钟

info->clk = clk_get(NULL, "lcd");
clk_enable(info->clk);

• 计算得到最大的显存，计算公式（长宽（每个像素所占字节））

unsigned long smem_len = mach_info->displays[i].xres;
smem_len *= mach_info->displays[i].yres;
smem_len *= mach_info->displays[i].bpp;
smem_len >>= 3;

mach_info->displays[i].xres = 240；
mach_info->displays[i].yres = 320;
mach_info->displays[i].bpp = 16;
那么smem_len = 240 * 320 * 16/8 = 153600byte

• 申请video显存，大小为smem_len

info->screen_base = dma_alloc_writecombine(fbi->dev, map_size,&map_dma, GFP_KERNEL);

显存需要进行初始化为0

memset(info->screen_base, 0x00, map_size);

• lcd 寄存器的初始化，调用的函数是s3c2410fb_init_registers
• 将上面的framebuffer注册进内核。

ret = register_framebuffer(fbinfo);

五. lcd寄存器初始化

• GPCCON的配置

.gpccon =       0xaa955699,

0xaa955699 = 10101010100101010101011010011001
具体的引脚配置为：
GPC15:VD[7]; GPC14:VD[6]; GPC13:VD[5]; GPC12:VD[4]; GPC11:VD[3]; GPC10:Output; GPC9:Output; GPC8:Output;
GPC7:Output; GPC6:Output; GPC5:Output; GPC4:VM; GPC3:VFRAME; GPC2:Output; GPC1:VCLK; GPC0:Output;

• GPCUP的设置

.gpcup =        0x0000ffff,

gpc IO口禁止上拉

• GPDCON的配置

.gpdcon =       0xaa95aaa1,

0xaa95aaa1 = 10101010100101011010101010100001
具体的引脚配置为：
GPD15:VD[23]; GPD14:VD[22]; GPD13:VD[21]; GPD12:VD[20]; GPD11:VD[19]; GPD10:Output; GPD9:Output; GPD8:Output;
GPD7:VD[15]; GPD6:VD[14]; GPD5:VD[13]; GPD4:VD[12]; GPD3:VD[11]; GPD2:VD[10]; GPD1:Input; GPD0:Output;

• GPDUP的配置

.gpdup =        0x0000faff,

0x0000faff = 1111101011111111
除了GPD8和GPD10两个引脚外，其余的引脚全部禁止上拉。

• 可以看出lcd的data引脚配置如下：
  

• TCONSEL寄存器的设置

.lpcsel		= 0xf82,

即：选择输出分辨率为240 * 320
选择 Sync mode

Sync mode需要用H-SYNC和V-SYNC同步RGB data；DE mode （Data Enable）则只需要DE信号同步RGB data。

• 禁止临时调色板

tpal = regs + S3C2410_TPAL;
/* ensure temporary palette disabled */
writel(0x00, tpal);

六. lcd设置fbinfo的var的参数

• 设置的长宽

var->xres_virtual = display->xres;
var->yres_virtual = display->yres;
var->height = display->height;
var->width = display->width;

var->xres_virtual = 240；
var->yres_virtual = 320；
var->height = 0；
var->width = 0；

• 设置时钟参数
  var->pixclock = display->pixclock = 170000
  var->left_margin = display->left_margin = 0 + 1
  var->right_margin = display->right_margin = 100 + 1
  var->upper_margin = display->upper_margin = 0 + 1
  var->lower_margin = display->lower_margin = 1 + 1
  var->vsync_len = display->vsync_len = 9 + 1
  var->hsync_len = display->hsync_len = 4 + 1

• 设置颜色，颜色模式为RGB565
  var->red.offset = 11;
  var->green.offset = 5;
  var->blue.offset = 0;
  var->red.length = 5;
  var->green.length = 6;
  var->blue.length = 5;
  没有透明度的设置
  var->transp.offset = 0;
  var->transp.length = 0;

七. lcd几个控制寄存器的设置

• LCDCON1寄存器设置16位的颜色模式
  
  选择16bpp，LCDCON1 |= 12 << 1;

• 设置lcd的y分辨率
  
  var->yres << 14;

• 设置VBPD
  
  var->upper_margin << 24 = 0 << 24
  VBPD:帧同步后，帧数据开始前，无效行信号的数量。

• 设置VFPD
  
  var->lower_margin << 6 = 1 << 6
  VFPD:帧数据结束后，帧同步前，无效行信号的数量

• 设置VSPW
  
  var->vsync_len << 0 = 9 << 0
  VSPW:通过计算无效行的数量，决定帧同步信号脉冲高电平的宽度。

• VSPW，VBPD，VFPD之间的关系
  

• 设置lcd的x分辨率
  
  var->xres << 8 = 320 << 8;

• 设置HBPD
  
  var->upper_margin << 19 = 100 << 19
  HBPD:行同步下降沿后，行数据开始前，无效的VCLK的数量

• 设置HFPD
  
  var->left_margin << 0 = 0 << 0
  HFPD:行数据结束后，行同步上升沿前，无效的VCLK的数量

• 设置HSPW
  
  
  var->hsync_len << 0 = 4 << 0
  HSPW:决定行同步信号脉冲高电平的宽度

• HSPW，HBPD，HFPD之间的关系
  

• 设置字节在显存中的排放

#define S3C2410_LCDCON5_BSWP	    (1<<1)
#define S3C2410_LCDCON5_HWSWP	    (1<<0)

regs->lcdcon5 &= ~S3C2410_LCDCON5_BSWP;
regs->lcdcon5 |= S3C2410_LCDCON5_HWSWP;

BSWP = 0， HWSWP = 1

八. lcd显存的分配

显存的分配不能调用kmalloc函数，因为分配的物理地址不是连续的，而lcd控制器需要从连续的显存上取数据。

• 申请显存

info->screen_base = dma_alloc_writecombine(fbi->dev, map_size,  &map_dma, GFP_KERNEL);

dma_alloc_writecombine返回的是申请的显存的虚拟地址，赋值给info->screen_base。
map_dma是申请的显存的物理地址，赋值给smem_start。

info->fix.smem_start = map_dma;

九. 设置lcd时钟

在mach-mini2440.c文件中，lcd时钟的频率是170000，单位是什么暂时不知道。

#define LCD_PIXCLOCK 170000

从后面给的内核注释看，单位是ps, 及该lcd的时钟频率是170ns。

HCLK在开机时有打印，为100M，我们通过设置CLKVAL的值，可以控制lcd的输出时钟VCLK.
现在已经lcd需要的时钟频率为170000ps, 反推CLKVAL的值。

• VCLK转为s： VCLK * 10^(-12)
• VCLK转为HZ: 1 / (VCLK * 10^(-12))
• 1 / (VCLK * 10^(-12)) = HCLK / ((CLKVAL + 1) * 2)
• (CLKVAL + 1) * 2 = HCLK * (VCLK * 10^(-12))
• (CLKVAL + 1) = HCLK * VCLK / ( 2 * (10^12) )
• CLKVAL = HCLK * VCLK / ( 2 * (10^12) ) - 1

看一下源代码的计算

clkdiv = DIV_ROUND_UP(s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock), 2);

clkdiv = s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock) / 2

if (type == S3C2410_LCDCON1_TFT) 
{
    --clkdiv;
    if (clkdiv < 0)
        clkdiv = 0;
} 

clkdiv = clkdiv -1;

看一下s3c2410fb_calc_pixclk函数

static unsigned int s3c2410fb_calc_pixclk(struct s3c2410fb_info *fbi, unsigned long pixclk)
{
	unsigned long clk = fbi->clk_rate;
	unsigned long long div;

	/* pixclk is in picoseconds, our clock is in Hz
	 *
	 * Hz -> picoseconds is / 10^-12
	 */

	div = (unsigned long long)clk * pixclk;
	div >>= 12;			/* div / 2^12 */
	do_div(div, 625 * 625UL * 625); /* div / 5^12 */

	dprintk("pixclk %ld, divisor is %ld\n", pixclk, (long)div);
	return div;
}

div = clk * pixclk；
div = div / 2^12;
div = div / 5^12;
即div = div / (10^12)
div = clk * pixclk / (10^12)
clkdiv = clk * pixclk / ( (10^12) * 2 ) - 1,跟上面推导的公式是一致的。

十. lcd显存寄存器设置

分配了显存之后，要把显存的地址告诉lcd控制器。lcd控制器会自动的从显存中取出每一个值通过VD0 ~ VD23发送出像素数据到lcd屏上去。

• 存放显存的起始地址

saddr1  = info->fix.smem_start >> 1;

因为我的lcd设置的是单扫描模式，saddr1保存的是显存地址的A30~A1位，最高位和最低位不要，因此
saddr1 = info->fix.smem_start >> 1;

• 存放显存的结束地址

saddr2  = info->fix.smem_start;
saddr2 += info->fix.line_length * info->var.yres;
saddr2 >>= 1;

info->fix.line_length = 240 * 2；
info->var.yres = 320；
我们的结束地址是：s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len

saddr2保存显存的A21 ~ A1位，需要右移一位赋值给saddr2

• 存放虚拟屏幕信息
  虚拟屏幕偏移
  由于这里我们的虚拟屏幕和物理屏幕是一样大的，因此偏移是0

虚拟屏幕页宽度
还是info->fix.line_length = 240 * 2，因为虚拟屏幕和物理屏幕一样大，但是这里表示的是半字，所以要除以2

saddr3 = S3C2410_OFFSIZE(0) | S3C2410_PAGEWIDTH((info->fix.line_length / 2) & 0x3ff);

十一. 设置调色板

真彩色时不需要设置调色板，假彩色时才需要调色板
真彩色宏：FB_VISUAL_TRUECOLOR
假彩色宏：FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR
调色板采用8位索引，用来索引256种颜色。lcd 有256个寄存器来保存这256中颜色值。
颜色模式有2种： 5:6:5 (R:G:B) 和 5:5:5:1(R:G:B:I)
寄存器地址：0X4D000400 ~ 0X4D0007FC

调色板颜色设置：

val  = (red   >>  0) & 0xf800;
val |= (green >>  5) & 0x07e0;
val |= (blue  >> 11) & 0x001f;
writel(val, regs + S3C2410_TFTPAL(regno));

真彩色不需要调色板，因此使用了一个假调色板，颜色保存在假调色板数组里面。

u32 *pal = info->pseudo_palette;
val  = chan_to_field(red,   &info->var.red);
val |= chan_to_field(green, &info->var.green);
val |= chan_to_field(blue,  &info->var.blue);
pal[regno] = val;