在Linux下驱动STN彩色LCD

1、在Linux下驱动STN彩色LCD伴随着高性能嵌入式处理器的飞速发展与普及，特别是ARM处理器系列的出现，嵌入式系统的功能也变得越来越强大。以前的单色LCD已不能满足现今的各种多媒体应用，彩色LCD被越来越多地应用到嵌入式系统中。同时，在应用需求的促使下，许多工作在Linux下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层LCD驱动的开发问题。在硬件采用Intel ASSABET开发板，软件采用Linux 2.4.19平台，编译器为arm-linux-gcc的交叉编译器作为开发的前提下，因为ASSABET开发板上使用的是Sharp 3.9英寸320240 TFT彩色LCD，现改用Kyocera

2、 7.7英寸640480 STN型彩色LCD，所以通过对其Linux驱动程序进行改写和调试，成功地实现了对该种屏的驱动和显示。LCD控制器LCD控制器的功能是显示驱动信号，进而驱动LCD显示器。在驱动LCD设计的过程中首要的是配置LCD控制器。在配置LCD控制器中最重要的一步则是帧缓冲区的指定。用户所要显示的内容皆是从缓冲区中读出，从而显示到屏幕上。帧缓冲区的大小由屏幕的分辨率和显示色彩数决定。驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点。ASSABET开发板采用SA1110作为处理器。SA1110微处理器是Intel公司生产的一种基于StrongARM环境的微处理器。该处理器内部有一LCD驱动控

3、制器，可支持单、双屏显示和最大10241024dpi。每个像素数据以4、8、12或16位编码后存储于外部存储器内，通过LCD的专用DAM控制器，被装入至532位的FIFO中。在双屏显示时，两个DMA通道分别负责上下屏幕的显示，但只有第一个DMA通道有调色板缓冲器。帧缓冲器中的已编码像素数据是作为指针指向25612位的调色板。调色板的色调数据控制着抖动逻辑，以产生各种灰度和彩色信号并从LCD数据引脚输出。显示屏LCD选择Kyocera公司的7.7英寸STN型LCD。该LCD可在640480分辨率的情况下提供12位彩色显示。该屏为双屏扫描模式，具有两个8位的数据通道，每种基色都由4位的抖动逻辑来产

4、生15级灰度，因此可以显示最多153=3375种可能的颜色。驱动LCD的设计帧缓冲设备帧缓冲设备为图像硬件设备提供了一种抽象化处理。它代表了一些视频硬件设备,允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。这样软件无需了解任何涉及硬件底层驱动的东西(如硬件寄存器)。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行访问，如/dev/fb*。Linux下可支持多个帧缓冲设备，最多可达32个，即从/dev/fb0到/dev/fb31。通常情况下，缺省的帧缓冲设备为/dev/fb0。在SA1110处理器的LCD控制器操作中，帧缓冲器用于存放全

5、部屏幕的所有编码像素数据。在它的最低位地址处是32或512字节的缓冲器，用来存放调色板数据表。32位缓冲器用于4、12或16位像素编码的16项调色板；512字节缓冲器用于装入8位像素编码的256项调色板。在12或16位像素编码时，不使用调色板，此时的帧缓冲器的起始32字节必须填入全零。主要结构体struct fb_fix_screeninfo中记录了帧缓冲设备和指定显示模式的不可修改信息。它包含了屏幕缓冲区的物理地址和长度。struct fb_var_screeninfo中记录了帧缓冲设备和指定显示模式的可修改信息。它包括显示屏幕的分辨率、每个像素的比特数和一些时序变量。其中变量xres定义了

6、屏幕一行所占的像素数，yres定义了屏幕一列所占的像素数，bits_per_pixel定义了每个像素用多少个位来表示。struct fb_info是Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口。它不仅包含了底层函数，而且还有记录设备状态的数据。每个帧缓冲设备都与一fb_info结构相对应。其中成员变量modename为设备名称，fontname为显示字体，fbops为指向底层操作的函数的指针。Linux内核配置与编译使用下面的命令启动Linux内核配置工具：#make menuconfig启动如下内核选项，选择对应的选项之后，执行下面的命令：Console drivers -Frame-buffer

7、 support-* Support for frame buffer devices (EXPERIMENTAL)* SA-1100 LCD support (NEW)* Advanced low level driver options (NEW)* 16 bpp packed pixels support (NEW)* Select compiled-in fonts (NEW)* VGA 88 font#make dep#make zImage驱动帧缓冲的设计帧缓冲设备属于字符设备，采用了“文件层驱动层”的接口方式。Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口为struct fb_info结

8、构。在文件层次上，Linux为其定义了下面的操作函数：static struct file_operations fb_fops = owner: THIS_MODULE,read: fb_read, /* 读操作*/write: fb_write, /* 写操作*/ioctl: fb_ioctl, /* 控制操作*/mmap: fb_mmap, /* 映射操作*/open: fb_open, /* 打开操作*/release: fb_release, /*关闭操作*/;应用程序层对帧缓冲设备的访问同对文件的访问操作类似。在应用程序中，对帧缓冲设备（dev/fb）的操作只需调用文件层的操作函数

9、。首先打开/dev/fb设备文件；随后用ioctl操作取得屏幕的分辨率和bpp值，从而计算出屏幕缓冲区的大小，并将屏幕的缓冲区映射到用户空间；最后就可直接对屏幕缓冲区进行图片显示。嵌入式Linux操作系统对帧缓冲的初始化入口在fbmem.c中的如下定义：static struct const char *name; int (*init)(void); int (*setup)(char*); fb_drivers _initdata = #ifdef CONFIG_FB_YOURCARD driver_name, xxxfb_init, xxxfb_setup ,#endif通过该入口可进入

10、帧缓冲的初始化函数。下面是对整个帧缓冲的实现过程。首先，根据所选择的STN型LCD先初始化显示屏幕的分辨率（640480）、每个像素的比特数（实际所选的LCD为12bpp，但在设计中可作为16bpp来设计。这是因SA1110的LCD控制器对两者处理方式相同而只有色彩深度的比例不同的缘故）和各种时序值。随后这些值将会被写入LCD控制器的控制寄存器LCCR0到LCCR3内，即完成对LCD控制器内一部分寄存器的配置。特殊的一点,因为所选的LCD是12bpp显示，所以rgbt色彩的深度比值应为4:4:4:0。其次对LCD进行显示缓冲区的分配。该过程由kmalloc函数实现动态分配一片连续的空间，需要分

11、配的缓冲区大小为600K字节。缓冲区是在SDRAM中分配大容量的地址，存储器映射至SA1110内，其中上半屏起始地址保存到LCD控制器的寄存器DBAR1中，下半屏起始地址保存到DBAR2中。在此完全初始化一个fb_info结构，填充其中的各成员变量。之后进行中断处理请求和各种变量和调色板等的设置。然后注册驱动程序，通过调用register_framebuffer(&fb_info)实现将fb_info登记入内核。最后，启动GPIO92和LCD控制器。效果因为该设计将驱动作为内核的一部分，而不是模块加载的方式，所以需重新编译内核，并将新编译的Linux内核下载到开发板内。重新启动系统后，通过应用程序检测，可以使屏幕显示任意所需图片，表明了驱动LCD显示的设计已成功实现。在对嵌入式L