第017课 LCD编程
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第017课 LCD
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。
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。
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。
- 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：
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：
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：
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。
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。
