“第017课 LCD编程”的版本间的差异

来自百问网嵌入式Linux wiki
(以“ =《《所有章节目录》》= <categorytree mode=all style="float:left; clear:left; margin-left:1ex; border:1px solid gray; padding:0.7ex; background-color:white;">ARM...”替换内容)
第1行: 第1行:
=第001节_LCD硬件原理=
 
==原理介绍==
 
如下图的LCD示意图,里面的每个点就是一个像素点。
 
 
[[File:lesson1_001.jpg|500px]]
 
 
想象有一个电子枪,一边移动,一边发出各种颜色的光。这里有很多细节问题,我们一个一个的梳理。
 
# 1. 电子枪是如何移动的?
 
答:有一条CLK时钟线与LCD相连,每发出一次CLK(高低电平),电子枪就移动一个像素。
 
#2. 颜色如何确定?
 
答:由连接LCD的三组线:R(Red)、G(Green)、B(Blue)确定。
 
#3. 电子枪如何得知应跳到下一行?
 
答:有一条HSYNC信号线与LCD相连,每发出一次脉冲(高低电平),电子枪就跳到下一行。
 
#4. 电子枪如何得知应跳到原点?
 
答:有一条VSYNC信号线与LCD相连,每发出一次脉冲(高低电平),电子枪就跳到原点。
 
#5. RGB线上的数据从何而来?
 
答:内存里面划分一块显存(FrameBuffer),里面存放了要显示的数据,LCD控制器从里面将数据读出来,通过RGB三组线传给电子枪,电子枪再依次打到显示屏上。
 
#6. 前面的信号由谁发给LCD?
 
答:有S3C2440里面的LCD控制器来控制发出信号。
 
 
==通过JZ2440原理图对上面进行验证,下图的LCD控制器接口图。 ==
 
 
[[File:lesson1_002.jpg|500px]]
 
 
①是时钟信号,每来一个CLK,电子枪就移动一个像素;
 
 
②是用来传输颜色数据;
 
 
③是垂直方向同步信号,FRAME(帧);
 
 
④是水平方向同步信号,LINE(行);
 
 
再来看看LCD的芯片手册。
 
 
[[File:lesson1_003.jpg|500px]]
 
 
* 先是VLED+、VLED-背光灯电源。VDD、VDD是LCD电源。
 
* R0-R7、G0-G7、B0-B7是红绿蓝颜色信号。
 
* PCLK是像素时钟信号。DISP是像素开关。
 
* HSYNC、VSYNC分别是水平方向、垂直方向信号。
 
* DE数据使能。X1、Y1、X2、Y2是触摸屏信号。
 
 
可以看出LCD有很多信号,这些信号要根据时序图传输才能正确显示。
 
== 参考JZ2440_4.3寸LCD手册_AT043TN24的时序如下: ==
 
 
[[File:lesson1_004.png|500px]]
 
 
从最小的像素开始分析,电子枪每次在CLK下降沿(本开发板是下降沿)从数据线Dn0-Dn7上得到数据,发射到显示屏上,然后移动到下一个位置。Dn0-Dn7上的数据来源就是前面介绍的FrameBuffer。
 
就这样从一行的最左边,一直移动到一行的最右边,完成了一行的显示,假设为x。
 
当打完一行的最后一个数据后,就会收到Hsync行同步信号,根据时序图,一个Hsync周期可以大致分为五部分组成:thp、thb、1/tc、thd、thf。thp称为脉冲宽度,这个时间不能太短,太短电子枪可能识别不到。
 
电子枪正确识别到thp后,会从最右端移动最左端,这个移动的时间就是thb,称之为移动时间。thf表示显示完最右像素,再过多久Hsync才来。
 
同理,当电子枪一行一行的从上面移动到最下面时,Vsync垂直同步信号就让电子枪移动回最上边。Vsync中的tvp是脉冲宽度,tvb是移动时间,tvf表示显示完最下一行像素,再过多久Vsync才来。
 
假设一共有y行,则LCD的分辨率就是x*y。
 
 
关于显示原理,可以参考这篇博客:http://www.cnblogs.com/shangdawei/p/4760933.html
 
里面有一个LCD显示配置示意图如下:
 
 
[[File:lesson1_005.jpg|500px]]
 
 
当发出一个HSYNC信号后,电子枪就会从最右边花费HBP时长移动到最左边,等到了最右边后,等待HFP时长HSYNC信号才回来。因此,HBP和HFP分别决定了左边和右边的黑框。
 
同理,当发出一个VSYNC信号后,电子枪就会从最下边花费VBP时长移动到最上边,等到了最下边后,等待VFP时长VSYNC信号才回来。因此,VBP和VFP分别决定了上边和下边的黑框。
 
中间灰色区域才是有效显示区域。
 
 
再来解决最后一个问题:每个像素再FrameBuffer中,占据多少位BPP(Bits Per Pixels)?
 
前面的LCD引脚功能图里,R0-R7、G0-G7、B0-B7,每个像素是占据3*8=24位的,即硬件上LCD的BPP是确定的。
 
虽然LCD上的引脚是固定的,但我们使用的时候,可以根据实际情况进行取舍,比如我们的JZ2440使用的是16BPP,因此LCD只需要R0-R4、G0-G5、B0-B4与SOC相连,5+6+6=16BPP,每个像素就只占据16位数据。
 
 
==我们写程序的思路如下: ==
 
# 1. 查看LCD芯片手册,查看相关的时间参数、分辨率、引脚极性;
 
# 2. 根据以上信息设置LCD控制器寄存器,让其发出正确信号;
 
# 3. 在内存里面分配一个FrameBuffer,在里面用若干位表示一个像素,再把首地址告诉LCD控制器;
 
之后LCD控制器就能周而复始取出FrameBuffer里面的像素数据,配合其它控制信号,发送给电子枪,电子枪再让在LCD上显示出来。以后我们想显示图像,只需要编写程序向FrameBuffer填入相应数据即可,硬件会自动的完成显示操作。
 
 
 
=第002节_S3C2440_LCD控制器 =
 
 
===LCD控制器主要功能和需要的设置:===
 
1. 取:从内存(FrameBuffer)取出某个像素的数据;之后需要把FrameBuffer地址、BPP、分辨率告诉LCD控制器;
 
2. 发:配合其它信号把FrameBuffer数据发给LCD;需要设置LCD控制器时序、设置引脚极性;
 
 
这里主要的难点就是如何配合其它信号,需要我们阅读LCD芯片手册,知道其时序要求,然后设置相应的LCD控制器。
 
 
==先看下S3C2440芯片手册上的LCD控制器框图:==
 
 
[[File:lesson2_001.png|500px]]
 
 
 
通过设置REGBANK(寄存器组),LCDCDMA会自动(无需CPU参与)把内存上FrameBuffer里的数据,通过VIDPRCS发送到引脚VD[23:0]上,再配合VIDEOMUX引脚的控制信号,正确的显示出来。
 
 
S3C2440芯片手册介绍了LCD控制器支持TFT和STN两种LCD,我们常用的都是TFT材质的,因此主要看TFT相关的部分。
 
 
==调色板的概念:==
 
画油画的时候,通常先在调色板里配好想要的颜色,再用画笔沾到画布上作画。LCD控制器里也借用了这个概念,从FrameBuffer获得数据,这个数据作为索引从调色板获得对应数据,再发给电子枪显示出来。
 
 
[[File:lesson2_002.jpg|500px]]
 
 
 
如图,假如是16BPP的数据,LCD控制器从FB取出16bit数据,显示到LCD上。
 
当如果想节约内存,对颜色要求也没那么高,就可以采用调色板的方式,调色板里存放了256个16bit的数据,FB只存放每个像素的索引,根据索引去调色板找到对应的数据传给LCD控制器,再通过电子枪显示出来。
 
 
==假设现在想要LCD只显示一种颜色怎么办?==
 
如果是16BPP/24BPP需要修改FB里面的数据,填充同一个值。
 
如果是8BPP可以修改FB为同一种颜色,也可以设置调色板为同一种颜色,对于S3C22440有个临时调色板的特性,一旦使能了临时调色板,不管FB里面是什么数据,都只调用临时调色板的数据。
 
 
=第003节_编程_框架与准备 =
 
本节主要有两个目的:
 
a. 讲解后续程序的框架;
 
b. 准备一个支持NAND、NOR启动的程序;
 
 
我们的目的是在LCD显示屏上画线、画圆(geomentry.c)和写字(font.c)其核心是画点(farmebuffer.c),这些都属于纯软件。此外还需要一个lcd_test.c测试程序提供操作菜单,调用画线、画圆和写字操作。
 
 
往下操作的是LCD相关的内容,不同的LCD,其配置的参数也会不一样,通过lcd_3.5.c或lcd_4.3.c来设置。
 
根据LCD的特性,来设置LCD控制器,对于我们开发板,就是s3c2440_lcd_controller.c,假如希望在其它开发板上也实现LCD显示,只需添加相应的代码文件即可。
 
这就是LCD编程的框架,尽可能的“高内聚低耦合”。
 
 
 
[[File:lesson3_001.jpg|500px]]
 
 
 
 
为了让程序更加好扩展,下面介绍“面向对象编程”的概念。
 
假如我们写好程序后,有两款尺寸大小的lcd,如何快速的在两个lcd上切换?
 
首先我们抽象出lcd_3.5.c和lcd_4.3.c的共同点,比如都有初始化函数init(),我们可以新建一个lcd.c,然后定义一个结构体:
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
struct lcd_opr{
 
    void (*init)(void);
 
};
 
</syntaxhighlight>
 
 
用户不接触lcd_3.5.c和lcd_4.3.c,只需要在lcd.c里通过指针访问对应的结构体的函数,也就调用了不同init()。
 
 
[[File:lesson3_002.jpg|500px]]
 
 
前面我们的程序大小都没超过4K,因此无论Nor/Nand启动,都是正常的,现在的LCD相关代码比较大,超过4K,因此需要修改启动部分的代码。
 
目前还未讲解nand flash,因此直接将19课准备的nand_flash程序部分复制到当前代码里即可,关于这部分可以参考nand flash讲解部分。
 
 
= 第004节_编程_抽象出重要结构体 =
 
开始正式编写程序,根据前面的框架,新建如下文件:
 
font.c、framebuffer.c、geometry.c、lcd.c、lcd_4.3.c、lcd_controller.c、s3c2440_lcd_controller.c、lcd_test.c
 
 
首先编写`lcd_controller.c`,它向上要接收不同LCD的参数,向下要使用这些参数设置对应的LCD控制器。
 
前面我们列举了LCD的参数,例如引脚的极性、时序、数据的格式bpp、分辨率等,使用面向对象的思维方式,将这些封装成结构体放在`lcd.h`中:
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
enum {
 
NORMAL = 0,
 
INVERT = 1,
 
};
 
 
/* NORMAL : 正常极性
 
* INVERT : 反转极性
 
*/
 
typedef struct pins_polarity {
 
int vclk;  /* normal: 在下降沿获取数据 */
 
int rgb;  /* normal: 高电平表示1 */
 
int hsync; /* normal: 高脉冲 */
 
int vsync; /* normal: 高脉冲 */
 
}pins_polarity, *p_pins_polarity;
 
 
typedef struct time_sequence {
 
/* 垂直方向 */
 
int tvp; /* vysnc脉冲宽度 */
 
int tvb; /* 上边黑框, Vertical Back porch */
 
int tvf; /* 下边黑框, Vertical Front porch */
 
 
/* 水平方向 */
 
int thp; /* hsync脉冲宽度 */
 
int thb; /* 左边黑框, Horizontal Back porch */
 
int thf; /* 右边黑框, Horizontal Front porch */
 
 
int vclk;
 
}time_sequence, *p_time_sequence;
 
 
 
typedef struct lcd_params {
 
/* 引脚极性 */
 
pins_polarity pins_pol;
 
 
/* 时序 */
 
time_sequence time_seq;
 
 
/* 分辨率, bpp */
 
int xres;
 
int yres;
 
int bpp;
 
 
/* framebuffer的地址 */
 
unsigned int fb_base;
 
}lcd_params, *p_lcd_params;
 
</syntaxhighlight>
 
 
以后就使用`lcd_params`结构体来表示lcd参数。
 
 
对于有多个lcd的情况,再定义个一个结构体,包含指针初始化函数和使能函数,放在`lcd_controller.h`里面:
 
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
typedef struct lcd_controller {
 
void (*init)(p_lcd_params plcdparams);
 
void (*enable)(void);
 
void (*disable)(void);
 
}lcd_controller, *p_lcd_controller;
 
</syntaxhighlight>
 
 
最后在`lcd_controller.c`里传入lcd参数,再通过指针函数初始化对应的lcd控制器:
 
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
void lcd_controller_init(p_lcd_params plcdparams)
 
{
 
/* 调用2440的LCD控制器的初始化函数 */
 
lcd_controller.init(plcdparams);
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
在`s3c2440_lcd_controller.c`还需构造一个当前soc的lcd控制器结构体:
 
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
struct lcd_controller s3c2440_lcd_controller = {
 
.init    = xxx,
 
.enalbe  = xxx,
 
.disable = xxx,
 
};
 
</syntaxhighlight>
 
 
 
=第005节_编程_LCD控制器 =
 
继续上一节的代码,修改`s3c2440_lcd_controller.c`:
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
struct lcd_controller s3c2440_lcd_controller = {
 
.init    = s3c2440_lcd_controller_init,
 
.enalbe  = s3c2440_lcd_controller_enalbe,
 
.disable = xs3c2440_lcd_controller_disable,
 
};
 
</syntaxhighlight>
 
 
然后对每个函数进行功能实现,首先是`s3c2440_lcd_controller_init`,依次设置LCD控制器寄存器,先是LCD寄存器1:
 
 
[[File:lesson5_001.png|500px]]
 
 
 
 
 
[6:5]TFT lcd配置为0b11;
 
[4:1]设置bpp模式,根据传入的`plcdparams->bpp`配置为相应的数值;
 
[0]LCD输出使能,先暂时关闭不输出;
 
{| class="wikitable"
 
|-
 
! 标题文字 !! 标题文字
 
|-
 
| [27:18]|| 为只读数据位,不需要设置;
 
|-
 
| [17:8]|| 用于设置CLKVAL(像素时钟频率),我们使用的是TFT屏,因此采用的公式是VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2],其中HCLK为100M。LCD手册里面Clock cycle的要求范围为5-12MHz即可,即假设VCLK=9,根据公式9=100/[(CLKVAL+1)x2],算出CLKVAL≈4.5=5。VCLK为plcdparams->time_seq.vclk,则clkval = HCLK/plcdparams->time_seq.vclk/2-1+0.5;
 
|-
 
| [7]|| 不用管,默认即可;
 
|-
 
| 示例 || 示例
 
|-
 
| 示例 || 示例
 
|-
 
| 示例 || 示例
 
|}
 
 
寄存器2:
 
 
[[File:lesson5_002.png|500px]]
 
 
对比2440LCD部分时序图和LCD时序图,得出两者之间关系,以后就可通过`plcdparams`传参数进来设置相关寄存器。
 
[31:24] : VBPD    = tvb - 1
 
[23:14] : LINEVAL = line - 1
 
[13:6]  : VFPD    = tvf - 1
 
[5:0]  : VSPW    = tvp - 1
 
 
寄存器3:
 
 
[[File:lesson5_003.png|500px]]
 
 
[25:19] : HBPD = thb - 1
 
[18:8]  : HOZVAL  = 列 - 1
 
[7:0]  : HFPD = thf - 1
 
 
寄存器4:
 
 
[[File:lesson5_004.png|500px]]
 
 
 
[7:0]  : HSPW = thp - 1
 
 
寄存器5:
 
 
 
[[File:lesson5_005.png|500px]]
 
 
用来设置引脚极性, 设置16bpp, 设置内存中象素存放的格式
 
[12] : BPP24BL
 
[11] : FRM565, 1-565
 
[10] : INVVCLK, 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
 
[9]  : HSYNC是否反转
 
[8]  : VSYNC是否反转
 
[7]  : INVVD, rgb是否反转
 
[6]  : INVVDEN
 
[5]  : INVPWREN
 
[4]  : INVLEND
 
[3]  : PWREN, LCD_PWREN output signal enable/disable
 
[2]  : ENLEND
 
[1]  : BSWP
 
[0]  : HWSWP
 
 
然后再设置framebuffer地址,先是LCDSADDR1:
 
 
[[File:lesson5_006.png|500px]]
 
 
 
[29:21] : LCDBANK, A[30:22] of fb
 
[20:0]  : LCDBASEU, A[21:1] of fb
 
即用[29:0]表示起始地址的[30:1]。
 
 
LCDSADDR2:
 
 
[[File:lesson5_007.png|500px]]
 
 
 
[20:0] : LCDBASEL, A[21:1] of end addr
 
即framebuffer的结束地址。
 
 
最后还要设置相关引脚,包括背光控制引脚、LCD专用引脚、电源控制引脚:
 
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
void jz2440_lcd_pin_init(void)
 
{
 
/* 初始化引脚 : 背光引脚 */
 
GPBCON &= ~0x3;
 
GPBCON |= 0x01;
 
 
/* LCD专用引脚 */
 
GPCCON = 0xaaaaaaaa;
 
GPDCON = 0xaaaaaaaa;
 
 
/* PWREN */
 
GPGCON |= (3<<8);
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
LCD所有寄存器的具体设置如下:
 
<syntaxhighlight lang="c" >
 
#define HCLK 100
 
 
void jz2440_lcd_pin_init(void)
 
{
 
/* 初始化引脚 : 背光引脚 */
 
GPBCON &= ~0x3;
 
GPBCON |= 0x01;
 
 
/* LCD专用引脚 */
 
GPCCON = 0xaaaaaaaa;
 
GPDCON = 0xaaaaaaaa;
 
 
/* PWREN */
 
GPGCON |= (3<<8);
 
}
 
 
 
/* 根据传入的LCD参数设置LCD控制器 */
 
void s3c2440_lcd_controller_init(p_lcd_params plcdparams)
 
{
 
int pixelplace;
 
unsigned int addr;
 
 
jz2440_lcd_pin_init();
 
 
/* [17:8]: clkval, vclk = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2]
 
*                  9  = 100M /[(CLKVAL+1) x 2], clkval = 4.5 = 5
 
*                CLKVAL = 100/vclk/2-1
 
* [6:5]: 0b11, tft lcd
 
* [4:1]: bpp mode
 
* [0]  : LCD video output and the logic enable/disable
 
*/
 
int clkval = (double)HCLK/plcdparams->time_seq.vclk/2-1+0.5;
 
int bppmode = plcdparams->bpp == 8  ? 0xb :\
 
  plcdparams->bpp == 16 ? 0xc :\
 
  0xd;  /* 0xd: 24bpp */
 
LCDCON1 = (clkval<<8) | (3<<5) | (bppmode<<1) ;
 
 
/* [31:24] : VBPD    = tvb - 1
 
* [23:14] : LINEVAL = line - 1
 
* [13:6]  : VFPD    = tvf - 1
 
* [5:0]  : VSPW    = tvp - 1
 
*/
 
LCDCON2 = ((plcdparams->time_seq.tvb - 1)<<24) | \
 
            ((plcdparams->yres - 1)<<14)        | \
 
((plcdparams->time_seq.tvf - 1)<<6)  | \
 
((plcdparams->time_seq.tvp - 1)<<0);
 
 
/* [25:19] : HBPD = thb - 1
 
* [18:8]  : HOZVAL  = 列 - 1
 
* [7:0]  : HFPD = thf - 1
 
*/
 
LCDCON3 = ((plcdparams->time_seq.thb - 1)<<19) | \
 
((plcdparams->xres - 1)<<8)       | \
 
((plcdparams->time_seq.thf - 1)<<0);
 
 
/*
 
* [7:0]  : HSPW = thp - 1
 
*/
 
LCDCON4 = ((plcdparams->time_seq.thp - 1)<<0);
 
 
    /* 用来设置引脚极性, 设置16bpp, 设置内存中象素存放的格式
 
    * [12] : BPP24BL
 
* [11] : FRM565, 1-565
 
* [10] : INVVCLK, 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
 
* [9]  : HSYNC是否反转
 
* [8]  : VSYNC是否反转
 
* [7]  : INVVD, rgb是否反转
 
* [6]  : INVVDEN
 
* [5]  : INVPWREN
 
* [4]  : INVLEND
 
* [3]  : PWREN, LCD_PWREN output signal enable/disable
 
* [2]  : ENLEND
 
* [1]  : BSWP
 
* [0]  : HWSWP
 
*/
 
 
pixelplace = plcdparams->bpp == 24 ? (0) : |\
 
            plcdparams->bpp == 16 ? (1) : |\
 
            (1<<1);  /* 8bpp */
 
LCDCON5 = (plcdparams->pins_pol.vclk<<10) |\
 
          (plcdparams->pins_pol.rgb<<7)  |\
 
          (plcdparams->pins_pol.hsync<<9) |\
 
          (plcdparams->pins_pol.vsync<<8) |\
 
  (plcdparams->pins_pol.de<<6)    |\
 
  (plcdparams->pins_pol.pwren<<5) |\
 
  (1<<11) | pixelplace;
 
 
/* framebuffer地址 */
 
/*
 
* [29:21] : LCDBANK, A[30:22] of fb
 
* [20:0]  : LCDBASEU, A[21:1] of fb
 
*/
 
addr = plcdparams->fb_base & ~(1<<31);
 
LCDSADDR1 = (addr >> 1);
 
 
/*
 
* [20:0] : LCDBASEL, A[21:1] of end addr
 
*/
 
addr = plcdparams->fb_base + plcdparams->xres*plcdparams->yres*plcdparams->bpp/8;
 
addr >>=1;
 
addr &= 0x1fffff;
 
LCDSADDR2 = addr;//
 
}
 
 
void s3c2440_lcd_controller_enalbe(void)
 
{
 
/* 背光引脚 : GPB0 */
 
GPBDAT |= (1<<0);
 
 
/* pwren    : 给LCD提供AVDD  */
 
LCDCON5 |= (1<<3);
 
 
/* LCDCON1'BIT 0 : 设置LCD控制器是否输出信号 */
 
LCDCON1 |= (1<<0);
 
}
 
 
void s3c2440_lcd_controller_disable(void)
 
{
 
/* 背光引脚 : GPB0 */
 
GPBDAT &= ~(1<<0);
 
 
/* pwren : 给LCD提供AVDD  */
 
LCDCON5 &= ~(1<<3);
 
 
/* LCDCON1'BIT 0 : 设置LCD控制器是否输出信号 */
 
LCDCON1 &= ~(1<<0);
 
}
 
</syntaxhighlight>
 
 
这就完成了`s3c2440_lcd_controller.c`的编写,后面只需要向`s3c2440_lcd_controller_init()`传入构造好的参数即可。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[[File:lesson5_008.png|500px]]
 
 
[[File:bak.png|500px]]
 
 
[[File:lesson6_001.png|500px]]
 
 
[[File:bak.png|500px]]
 
 
[[File:lesson6_001.png|500px]]
 
 
[[File:lesson8_001.jpg|500px]]
 
 
[[File:lesson8_002.jpg|500px]]
 
  
  

2018年1月15日 (一) 09:33的版本