基于PXA270的LCD顯示系統的設計與實現
發布時間：2010-7-24 21:07
發布者：lavida
|
Xscale處理器是Intel公司推出的基于ARMv5TE體系結構的ARM處理器。PXA270是該公司于2003年第四季度推出一款全性能、高性價比、低功耗的Xscale處理器，其最高主頻可達624MHz。 PXA270擁有的 Quick Capture（快速拍攝）、Wireless MMX（無線MMX指令）和Wireless Speed Step（無線動態節能）技術，大大提升了多媒體處理能力；同時在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低移動設備功耗。 嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對標準Linux經過小型化裁減處理之后，能夠固化在容量只有幾KB或者幾MB的存儲器芯片或者單片機中，適合于特定嵌入式應用場合的專用Linux操作系統。在目前已經開發成功的嵌入式系統中，大約有一半使用的是Linux。 1 LCD液晶顯示原理 嵌入式系統一般采用液晶顯示屏LCD。本系統采用的是LG Philiph的TFT6.4寸的真彩顯示屏LP064V02。 液晶顯示的原理是液晶在不同電壓的作用下會呈現出不同的光特性。TFT是薄膜晶體管Thin Film Transitor的縮寫。FB（Frame Buffer）是幀緩沖器。 顯示屏所顯示的一幅完整畫面就是一個幀(Frame)，其整個顯示區域，在系統內會有一段存儲空間與之對應，通過改變該存儲空間的內容，從而改變顯示屏的內容，該存儲空間被稱為Frame Buffer。顯示屏上的每一點都必然與Frame Buffer里的某一位置對應。而計算機顯示的顏色是通過RGB值來表示的，因此如果要在屏幕某一點顯示某種顏色，則必須給出相應的RGB值。Frame Buffer就是用來存放整個顯示的編碼和像點值的外部存儲器區域。幀緩沖器的每一個字節對應著LCD中的一個像素，例如LP064V02顯示屏有640×480=307200個像素。 2 PXA270中內置的LCD控制器 2.1 LCD控制器介紹 Frame Buffer和LCD顯示屏之間的數據傳輸很頻繁，完全由CPU通過程序直接驅動顯然不合適。因此，為減輕CPU的負擔，在Frame Buffer與顯示屏之間還需要一個中間件，該中間件負責從Frame Buffer里提取數據，進行處理，并傳輸到顯示屏上。 LCD控制器由以下部分組成：LCD DMAC（本文提出的DMAC都是指集成在LCDC內部的DMAC），輸入/輸出FIFO，內部調色板，TMED抖動（幀速率控制），寄存器組。 LCDC的內部操作方式會因為所接LCD類型的不同而有所不同。本系統采用的是主動16位像點模式。在這種主動彩色模式中，LCDC內部的工作方式相對簡單，Frame Buffer內的數據是16位的像素數據，此時，LCDC無需加載數據到內部調色板，并且數據無需經過幀速率控制單元的處理，直接發送至LCD控制器的數據腳，通過DMAC傳輸到輸入 FIFO后，數據又立刻被傳送到輸出 FIFO。 2.2 LCD模塊的硬件連接 PXA270與LCD模塊的硬件連接如圖1所示。各信號引腳的說明如下： 圖1 LCD接口框圖
3 LCD驅動程序的設計與實現 PXA270嵌入式系統對LCD顯示屏的驅動分成兩方面：一方面是對LCD及相關部件的初始化，包括幀緩沖區的創建和對DMA通道的設置；另一方面就是對幀緩沖區的讀寫，將幀緩沖區的內容輸送到LCD顯示屏由硬件完成，對于驅動來說是透明的。 3.1 幀緩沖器的初始化 主要數據結構如下： struct pxafb_info：主要用于幀緩沖區設備驅動框架的搭建，也是Linux為幀緩沖設備定義的驅動層接口。它不僅包含了底層函數，而且還記錄了幀緩沖器設備的全部信息。每個幀緩沖設備都必須與一個fb_info結構相對應。其中成員變量modename為設備名稱，fontname為顯示字體，fbops為指向底層操作的函數的指針。 struct pxafb_fix_screeninfo：記錄用戶不能修改的顯示控制器參數。它包括屏幕緩沖區的物理地址和長度。 struct pxafb_var_screeninfo：記錄用戶可以修改的顯示控制器參數。它包括顯示屏幕的分辨率、每個像素的比特數和一些時序變量。其中變量xres定義了屏幕一行所占的像素數，yres定義了屏幕一列所占的像素數，bits_per_pixel定義了每個像素用多少個位來表示。 幀緩沖區的初始化函數在/drivers/video/pxafb.c文件中，結構如下： int __init pxafb_init(void) { struct pxafb_info *fbi; int ret; ………… fbi = pxafb_init_fbinfo(); //初始化一些重要的數據結構 ………… /* Initialize video memory */ ret = pxafb_map_video_memory(fbi); //在內存中創建一個圖像緩存區 ………… pxafb_set_var(&fbi->fb.var, -1, &fbi->fb); ………… ret = register_framebuffer(&fbi->fb); //登記，使畫面緩沖區與控制臺設備驅動的高層掛鉤 ………… / * Ok, now enable the LCD controller */ set_ctrlr_state(fbi, C_ENABLE); ………… return ret; } 首先是pxafb_init_fbinfo()的調用，目的在于對幾個數據結構進行初始化，并設置有關的基本的參數，例如所用的字體、顯示屏的規格等，還有為了搭建幀緩沖器的設備驅動框架做一些準備。接著通過pxafb_map_video_memory()函數在內存中創建幀緩沖區，實際上是為一個內存區間另外建立一個映射。這里分配用于幀緩沖區的內存區間應該是不經高速緩存、不加寫緩沖的，這樣才可以一經寫入便立即反映在顯示屏上，而無需先對高速緩存進行刷新。 pxafb_set_var()函數是為控制臺設備驅動的高層提供一個驅動幀緩沖區的界面。同時也確定一些與畫面緩沖區有關的參數，并記錄在一個fb_var_screeinfo數據結構中。確定了這些參數以后，如果目標幀緩沖區屬于當前選定的控制臺設備，就通過pxa_activate_var()函數把這些參數分門別類地組合生成PXA270各有關寄存器的映像，并最終設置到PXA270的各個LCD控制寄存器中。 這里用到6個寄存器：
這些宏操作都在/drivers/video/pxafb.h文件里。 #if defined(CONFIG_FB_LB064v02) #define LCD_PIXCLOCK 250000//54000//150000 #define LCD_BPP 16 #define LCD_XRES 640 #define LCD_YRES 480 #define LCD_HORIZONTAL_SYNC_PULSE_WIDTH 46 #define LCD_VERTICAL_SYNC_PULSE_WIDTH 1 #define LCD_ BEGIN_OF_LINE_WAIT_COUNT 96 #define LCD_BEGIN_FRAME_WAIT_COUNT 35 #define LCD_END_OF_LINE_WAIT_COUNT 4 #define LCD_END_OF_FRAME_WAIT_COUNT 0 #define LCD_SYNC (FB_SYNC_HOR_HIGH_ACT | FB_SYNC_VERT_HIGH_ACT) #define LCD_LCCR0 (LCCR0_OUC | LCCR0_CMDIM | LCCR0_RDSTM | LCCR0_OUM | LCCR0_BM | LCCR0_QDM | LCCR0_PAS |LCCR0_EFM | LCCR0_IUM | LCCR0_SFM | LCCR0_LDM ) #define LCD_LCCR3 (LCCR3_PCP | LCCR3_HSP | LCCR3_VSP) #endif 最后是通過register_framebuffer()進行各項登記，使幀緩沖區與控制臺設備驅動的高層相連。參數fbi是一個指向fb_info數據結構的指針，通過這個數據結構使幀緩沖區與文件系統連接起來。 3.2 幀緩沖區的操作 對幀緩沖區的操作，應用程序首先要打開代表幀緩沖區的設備文件，幀緩沖區的file_operations數據結構是fb_fops。 static struct file_operations fb_fops = { owner: THIS_MODULE, read: fb_read, // 讀操作 write: fb_write, // 寫操作 ioctl: fb_ioctl, // 控制操作 mmap: fb_mmap, // 映射操作 open: fb_open, // 打開操作 release: fb_release, // 關閉操作 #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA get_unmapped_area: get_fb_unmapped_area, #endif }; 應用程序層對幀緩沖設備的訪問同對文件的訪問操作類似。在應用程序中，對幀緩沖設備（dev/fb）的操作只需調用文件層的操作函數。首先打開/dev/fb設備文件；隨后用ioctl操作取得屏幕的分辨率和bpp值，從而計算出屏幕緩沖區的大小，并將屏幕的緩沖區映射到用戶空間；最后就可直接對屏幕緩沖區進行圖片顯示。對幀緩沖區的打開文件操作是由fb_open()完成等。 驅動程序編寫完成后，開發者可以將其編譯為動態加載模式，或靜態地編譯入內核中。 4 結束語 隨著后PC時代的到來，嵌入式系統得到了越來越廣泛的應用�，F在的嵌入式系統一般都需要提供圖形化的人機界面。本文所設計的系統運行良好，性能穩定。在實際產品中取得了比較滿意的經濟效益。 |
網友評論