1 LCD显示原理
LCD驱动器：LCD驱动器一般与LCD面板集成在一起，面板需要一定的模拟电信号来控制液晶分子，LCD驱动器芯片负责给面板提供控制液晶分子的模拟电信号，驱动器的控制信号（数字信号）来自于LCD控制器的提供的接口。
LCD控制器：LCD控制器集成在SoC内部，它负责通过数字接口向外部的LCD驱动器提供要显示的像素数字信号。它必须按照一定的时序和LCD驱动器通信，LCD控制器受SoC控制，SoC会从内存中拿出像素数据给LCD控制器并最终传给LCD驱动器。
显存：SoC在内存中选一段内存，用来存放颜色数据，然后通过配置将LCD控制器和这一段内存连接起来，构成一个映射关系，一旦这个关系建立以后，LCD控制器就会自动从显存中读取像素数据传给LCD驱动器，LCD驱动器会自动的控制每个像素点的液晶分子，以形成最终的图像，建立这个映射以后就不需要SoC在来参与任何行为了。
总结一下：SoC控制LCD液晶显示的过程分为两个部分：
(1) SoC的LCD控制器引出一定的引脚与LCD驱动器连接，按照标准设置一定的时序;
(2) 把LCD要显示的像素信息放入内存中，在通过设置LCD控制器中的寄存器，与LCD控制器建立映射；之后过程就是LCD控制器芯片与驱动器芯片自动完成的事情了，整个LCD图像的显示过程就是这样。
1.1调色板介绍
假设某块LCD屏幕的每个像素点所需要的位数为16位（两个字节），此时如果显存让每个像素的位数正好为16位（两个字节），那么正好能够和LCD屏幕硬件要求一致；但如果为了节省内存，显存中使用把8位表示一个像素点，即不能够和LCD屏幕硬件相一致。直接使用会导致错误产生，因此得使用调色板。
调色板可以理解为一块内存，存储颜色，它会根据显存中像素为索引，找到对应的颜色，然后通过LCD控制器发送给屏幕。
比如，对应AT043TN24的4.3寸显示屏：
ARM9核的S3C2440芯片可通过内置的LCD控制器来实现对LCD显示的控制。以TFT LCD为例，S3C2440芯片的LCD控制器可以对TFT LCD提供1位、2位、4位、8位调色板彩色显示和16位、24位真彩色显示，并支持多种不同的屏幕尺寸。
S3C2440的调色板其实是256个16位的存储单元，每个单元中存储有16位的颜色值。根据16位颜色数据中，RGB分量所占位数的不同， 调色板还可以采取5：6：5(R：G：B)和5：5：5：1(R：G：B：1)两种格式。当采用5：6：5(R：G：B)格式时，它的调色板如表1所示。
表1中，第一列为颜色索引，中间三列是R，G，B三个颜色分量对应的数据位，分别是5位、6位和5位，最后一列是对应颜色条目的物理地址。当采用5：5：5：1(R：G：B：1)格式时，R，G，B三个颜色分量的数据位长度都是5位，最低位为1。
2LCD驱动编程框架
 ；由于我们需要使用内核系统的GUI（图形界面接口），因此使用LCD设备驱动程序的frambuffer接口。
frambuffer设备层是对图像设备的一种抽象，它代表了视频硬件的帧缓存，使得应用程序通过定义好的接口就可以访问硬件。所以应用程序不需要考虑底层的（寄存器级）的操作。应用程序对设备文件的访问一般在/dev目录,如 /dev/fb*。
基本编程框架（与输入子系统基本框架类似）：
1、分配一个fb_info结构体：framebuff_alloc();
2、设置fb_info;
3、设置硬件相关操作
4、注册
5、注销
2.1需要使用的结构体
fb_info结构体
struct fb_info {
... ...
struct fb_var_screeninfo var; //可变的参数
struct fb_fix_screeninfo fix; //固定的参数
... ...
struct fb_ops *fbops; //操作函数
... ...
char __iomem *screen_base; //显存虚拟起始地址
unsigned long screen_size; //显存虚拟地址长度
void *pseudo_palette;
//假的16色调色板,里面存放了16色的数据,可以通过8bpp数据来找到调色板里面的16色颜色索引值,模拟出16色颜色来,节省内存,不需要的话就指向一个不用的数组即可
... ...
};
需要使用到的操作函数
static struct fb_ops s3c_lcdfb_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.fb_setcolreg = my_lcdfb_setcolreg,//设置调色板fb_info-> pseudo_palette,自己构造该函数
.fb_fillrect = cfb_fillrect, //填充矩形,用/drivers/video/ cfbfillrect.c里的函数即可
.fb_copyarea = cfb_copyarea, //复制数据, 用/drivers/video/cfbcopyarea.c里的函数即可
.fb_imageblit = cfb_imageblit, //绘画图形, 用/drivers/video/imageblit.c里的函数即可
};
固定参数
struct fb_fix_screeninfo {
char id[16]; //id名字
unsigned long smem_start; //framebuffer物理起始地址
__u32 smem_len; //framebuffer长度,字节为单位
__u32 type; //lcd类型,默认值0即可
__u32 type_aux; //附加类型,为0
__u32 visual; //画面设置,常用参数如下
// FB_VISUAL_MONO01 0 单色,0:白色,1:黑色
// FB_VISUAL_MONO10 1 单色,1:白色,0:黑色
// FB_VISUAL_TRUECOLOR 2 真彩(TFT:真彩)
// FB_VISUAL_PSEUDOCOLOR 3 伪彩
// FB_VISUAL_DIRECTCOLOR 4 直彩
__u16 xpanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0 */
__u16 ypanstep; /*如果没有硬件panning就赋值为0 */
__u16 ywrapstep; /*如果没有硬件ywrap就赋值为0 */
__u32 line_length; /*一行的字节数 ,例:(RGB565)240*320,那么这里就等于240*16/8 */
/*以下成员都可以不需要*/
unsigned long mmio_start; /*内存映射IO的起始地址,用于应用层直接访问寄存器,可以不需要*/
__u32 mmio_len; /* 内存映射IO的长度,可以不需要*/
__u32 accel;
__u16 reserved[3];
};
可变参数
structfb_var_screeninfo{
__u32xres; /*可见屏幕一行有多少个像素点*/
__u32 yres; /*可见屏幕一列有多少个像素点*/
__u32 xres_virtual; /*虚拟屏幕一行有多少个像素点 */
__u32 yres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/
__u32 xoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的行偏移,若可见和虚拟的分辨率一样,就直接设为0*/
__u32 yoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的列偏移*/
__u32 bits_per_pixel; /*每个像素的位数即BPP,比如:RGB565则填入16*/
__u32 grayscale; /*非0时，指的是灰度,真彩直接填0即可*/
struct fb_bitfield red; //fb缓存的R位域, fb_bitfield结构体成员如下:
//__u32 offset; 区域偏移值,比如RGB565中的R,就在第11位
//__u32 length; 区域长度,比如RGB565的R,共有5位
//__u32 msb_right; msb_right ==0,表示数据左边最大, msb_right!=0,表示数据右边最大
struct fb_bitfield green; /*fb缓存的G位域*/
struct fb_bitfield blue; /*fb缓存的B位域*/
/*以下参数都可以不填,默认为0*/
struct fb_bitfield transp; /*透明度,不需要填0即可*/
__u32nonstd; /* != 0表示非标准像素格式*/
__u32 activate; /*设为0即可*/
__u32height; /*外设高度(单位mm),一般不需要填*/
__u32width; /*外设宽度(单位mm),一般不需要填*/
__u32 accel_flags; /*过时的参数,不需要填*/
/* 除了pixclock本身外，其他的都以像素时钟为 单位*/
__u32pixclock; /*像素时钟(皮秒)*/
__u32 left_margin; /*行切换，从同步到绘图之间的延迟*/
__u32right_margin; /*行切换，从绘图到同步之间的延迟*/
__u32upper_margin; /*帧切换，从同步到绘图之间的延迟*/
__u32lower_margin; /*帧切换，从绘图到同步之间的延迟*/
__u32hsync_len; /*水平同步的长度*/
__u32 vsync_len; /*垂直同步的长度*/
__u32 sync;
__u32 vmode;
__u32 rotate;
__u32reserved[5]; /*保留*/
}
3驱动程序
步骤如下:
在驱动init入口函数中:
1)分配一个fb_info结构体
2)设置fb_info
2.1)设置固定的参数fb_info-> fix
2.2) 设置可变的参数fb_info-> var
2.3) 设置操作函数fb_info-> fbops
2.4) 设置fb_info 其它的成员
3)设置硬件相关的操作
3.1)配置LCD引脚
3.2)根据LCD手册设置LCD控制器
3.3)分配显存(framebuffer),把地址告诉LCD控制器和fb_info
4)开启LCD,并注册fb_info: register_framebuffer()
4.1) 直接在init函数中开启LCD(后面讲到电源管理,再来优化)
控制LCDCON5允许PWREN信号,
然后控制LCDCON1输出PWREN信号,
输出GPB0高电平来开背光,
4.2) 注册fb_info
在驱动exit出口函数中:
1)卸载内核中的fb_info
2) 控制LCDCON1关闭PWREN信号,关背光,iounmap注销地址
3)释放DMA缓存地址dma_free_writecombine()
4)释放注册的fb_info
具体代码：
#include <linux/fb.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/clk.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/div64.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/arch/regs-lcd.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/arch/fb.h>
static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
unsigned int green, unsigned int blue,
unsigned int transp, struct fb_info *info);
struct lcd_regs {
unsigned long lcdcon1;
unsigned long lcdcon2;
unsigned long lcdcon3;
unsigned long lcdcon4;
unsigned long lcdcon5;
unsigned long lcdsaddr1;
unsigned long lcdsaddr2;
unsigned long lcdsaddr3;
unsigned long redlut;
unsigned long greenlut;
unsigned long bluelut;
unsigned long reserved[9];
unsigned long dithmode;
unsigned long tpal;
unsigned long lcdintpnd;
unsigned long lcdsrcpnd;
unsigned long lcdintmsk;
unsigned long lpcsel;
};
static struct fb_ops s3c_lcdfb_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.fb_setcolreg = s3c_lcdfb_setcolreg,
.fb_fillrect = cfb_fillrect,
.fb_copyarea = cfb_copyarea,
.fb_imageblit = cfb_imageblit,
};
static struct fb_info *s3c_lcd;
static volatile unsigned long *gpbcon;
static volatile unsigned long *gpbdat;
static volatile unsigned long *gpccon;
static volatile unsigned long *gpdcon;
static volatile unsigned long *gpgcon;
static volatile struct lcd_regs* lcd_regs;
static u32 pseudo_palette[16];
/* from pxafb.c */
static inline unsigned int chan_to_field(unsigned int chan, struct fb_bitfield *bf)
{
chan &= 0xffff;
chan >>= 16 - bf->length;
return chan << bf->offset;
}
static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
unsigned int green, unsigned int blue,
unsigned int transp, struct fb_info *info)
{
unsigned int val;
if (regno > 16)
return 1;
/* 用red,green,blue三原色构造出val */
val = chan_to_field(red, &info->var.red);
val |= chan_to_field(green, &info->var.green);
val |= chan_to_field(blue, &info->var.blue);
//((u32 *)(info->pseudo_palette))[regno] = val;
pseudo_palette[regno] = val;
return 0;
}
static int lcd_init(void)
{
/* 1. 分配一个fb_info */
s3c_lcd = framebuffer_alloc(0, NULL);
/* 2. 设置 */
/* 2.1 设置固定的参数 */
strcpy(s3c_lcd->fix.id, "mylcd");
s3c_lcd->fix.smem_len = 480*272*16/8;
s3c_lcd->fix.type = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
s3c_lcd->fix.visual = FB_VISUAL_TRUECOLOR; /* TFT */
s3c_lcd->fix.line_length = 480*2;
/* 2.2 设置可变的参数 */
s3c_lcd->var.xres = 480;
s3c_lcd->var.yres = 272;
s3c_lcd->var.xres_virtual = 480;
s3c_lcd->var.yres_virtual = 272;
s3c_lcd->var.bits_per_pixel = 16;
/* RGB:565 */
s3c_lcd->var.red.offset = 11;
s3c_lcd->var.red.length = 5;
s3c_lcd->var.green.offset = 5;
s3c_lcd->var.green.length = 6;
s3c_lcd->var.blue.offset = 0;
s3c_lcd->var.blue.length = 5;
s3c_lcd->var.activate = FB_ACTIVATE_NOW;
/* 2.3 设置操作函数 */
s3c_lcd->fbops = &s3c_lcdfb_ops;
/* 2.4 其他的设置 */
s3c_lcd->pseudo_palette = pseudo_palette;
//s3c_lcd->screen_base = ; /* 显存的虚拟地址 */
s3c_lcd->screen_size = 480*272*16/8;
/* 3. 硬件相关的操作 */
/* 3.1 配置GPIO用于LCD */
gpbcon = ioremap(0x56000010, 8);
gpbdat = gpbcon+1;
gpccon = ioremap(0x56000020, 4);
gpdcon = ioremap(0x56000030, 4);
gpgcon = ioremap(0x56000060, 4);
*gpccon = 0xaaaaaaaa; /* GPIO管脚用于VD[7:0],LCDVF[2:0],VM,VFRAME,VLINE,VCLK,LEND */
*gpdcon = 0xaaaaaaaa; /* GPIO管脚用于VD[23:8] */
*gpbcon &= ~(3); /* GPB0设置为输出引脚 */
*gpbcon |= 1;
*gpbdat &= ~1; /* 输出低电平 */
*gpgcon |= (3<<8); /* GPG4用作LCD_PWREN */
/* 3.2 根据LCD手册设置LCD控制器, 比如VCLK的频率等 */
lcd_regs = ioremap(0x4D000000, sizeof(struct lcd_regs));
/* bit[17:8]: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2], LCD手册P14
* 10MHz(100ns) = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]
* CLKVAL = 4
* bit[6:5]: 0b11, TFT LCD
* bit[4:1]: 0b1100, 16 bpp for TFT
* bit[0] : 0 = Disable the video output and the LCD control signal.
*/
lcd_regs->lcdcon1 = (4<<8) | (3<<5) | (0x0c<<1);
#if 1
/* 垂直方向的时间参数
* bit[31:24]: VBPD, VSYNC之后再过多长时间才能发出第1行数据
* LCD手册 T0-T2-T1=4
* VBPD=3
* bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
* bit[13:6] : VFPD, 发出最后一行数据之后，再过多长时间才发出VSYNC
* LCD手册T2-T5=322-320=2, 所以VFPD=2-1=1
* bit[5:0] : VSPW, VSYNC信号的脉冲宽度, LCD手册T1=1, 所以VSPW=1-1=0
*/
lcd_regs->lcdcon2 = (1<<24) | (271<<14) | (1<<6) | (9);
/* 水平方向的时间参数
* bit[25:19]: HBPD, VSYNC之后再过多长时间才能发出第1行数据
* LCD手册 T6-T7-T8=17
* HBPD=16
* bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
* bit[7:0] : HFPD, 发出最后一行里最后一个象素数据之后，再过多长时间才发出HSYNC
* LCD手册T8-T11=251-240=11, 所以HFPD=11-1=10
*/
lcd_regs->lcdcon3 = (1<<19) | (479<<8) | (1);
/* 水平方向的同步信号
* bit[7:0] : HSPW, HSYNC信号的脉冲宽度, LCD手册T7=5, 所以HSPW=5-1=4
*/
lcd_regs->lcdcon4 = 40;
/* 信号的极性
* bit[11]: 1=565 format
* bit[10]: 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
* bit[9] : 1 = HSYNC信号要反转,即低电平有效
* bit[8] : 1 = VSYNC信号要反转,即低电平有效
* bit[6] : 0 = VDEN不用反转
* bit[3] : 0 = PWREN输出0
* bit[1] : 0 = BSWP
* bit[0] : 1 = HWSWP 2440手册P413
*/
lcd_regs->lcdcon5 = (1<<11) | (0<<10) | (1<<9) | (1<<8) | (1<<0);
/* 3.3 分配显存(framebuffer), 并把地址告诉LCD控制器 */
s3c_lcd->screen_base = dma_alloc_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, &s3c_lcd->fix.smem_start, GFP_KERNEL);
lcd_regs->lcdsaddr1 = (s3c_lcd->fix.smem_start >> 1) & ~(3<<30);
lcd_regs->lcdsaddr2 = ((s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len) >> 1) & 0x1fffff;
lcd_regs->lcdsaddr3 = (480*16/16); /* 一行的长度(单位: 2字节) */
//s3c_lcd->fix.smem_start = xxx; /* 显存的物理地址 */
/* 启动LCD */
lcd_regs->lcdcon1 |= (1<<0); /* 使能LCD控制器 */
lcd_regs->lcdcon5 |= (1<<3); /* 使能LCD本身 */
*gpbdat |= 1; /* 输出高电平, 使能背光 */
/* 4. 注册 */
register_framebuffer(s3c_lcd);
return 0;
}
static void lcd_exit(void)
{
unregister_framebuffer(s3c_lcd);
lcd_regs->lcdcon1 &= ~(1<<0); /* 关闭LCD本身 */
*gpbdat &= ~1; /* 关闭背光 */
dma_free_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, s3c_lcd->screen_base, s3c_lcd->fix.smem_start);
iounmap(lcd_regs);
iounmap(gpbcon);
iounmap(gpccon);
iounmap(gpdcon);
iounmap(gpgcon);
framebuffer_release(s3c_lcd);
}
module_init(lcd_init);
module_exit(lcd_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
4测试
 ；1、配置内核（make menuconfig）时，去掉内核原来的lcd驱动程序。首先make menuconfig，选择Device Drives—Graphics support—s3c2410LCD framebuffer support(选为M)
由于上述LCD驱动程序使用到了系统自带的模块（ .fb_fillrect = cfb_fillrect, //填充矩形,用/drivers/video/ cfbfillrect.c里的函数即可
.fb_copyarea = cfb_copyarea, //复制数据, 用/drivers/video/cfbcopyarea.c里的函数即可
.fb_imageblit = cfb_imageblit, //绘画图形, 用/drivers/video/imageblit.c里的函数即可）
2、make moudles:编译模块，得到上述需要使用到的三个模块
3、使用nfs下载uImage到开发板（也可以使用其他方法）
4、挂载驱动程序
上图为未挂载对应驱动模块的故障显示。
