第017课 LCD编程

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第001节_LCD硬件原理

先简单介绍下LCD的操作原理。 如下图的LCD示意图,里面的每个点就是一个像素点。 Chapter17 lesson1 001.jpg

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。 Chapter17 lesson1 002.jpg

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。 Chapter17 lesson1 003.jpg

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: Chapter17 lesson1 004.png

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: Chapter17 lesson1 005.jpg

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+5=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: Chapter17 lesson2 001.png

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。 Chapter17 lesson2 002.jpg

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”。 Chapter17 lesson3 001.jpg


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:

struct lcd_opr{
    void (*init)(void);
};

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()。 Chapter17 lesson3 002.jpg

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:

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;

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:

typedef struct lcd_controller {
	void (*init)(p_lcd_params plcdparams);
	void (*enable)(void);
	void (*disable)(void);
}lcd_controller, *p_lcd_controller;

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:

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);
}

在s3c2440_lcd_controller.c还需构造一个当前soc的lcd控制器结构体:

struct lcd_controller s3c2440_lcd_controller = {
	.init    = xxx,
	.enalbe  = xxx,
	.disable = xxx,
};

第005节_编程_LCD控制器

继续上一节的代码,修改s3c2440_lcd_controller.c:

struct lcd_controller s3c2440_lcd_controller = {
	.init    = s3c2440_lcd_controller_init,
	.enalbe  = s3c2440_lcd_controller_enalbe,
	.disable = xs3c2440_lcd_controller_disable,
};

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

Chapter17 lesson5 001.png

[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;

[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;


寄存器2

Chapter17 lesson5 002.png

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

Chapter17 lesson5 003.png

[25:19] : HBPD = thb - 1

[18:8]  : HOZVAL = 列 - 1

[7:0]  : HFPD = thf - 1


寄存器4

Chapter17 lesson5 004.png [7:0]  : HSPW = thp - 1


寄存器5

Chapter17 lesson5 005.png 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

Chapter17 lesson5 006.png

[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

Chapter17 lesson5 007.png

[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:

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);
}

LCD所有寄存器的具体设置如下:

#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);
}

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。

第006节_编程_LCD设置

前面编写了s3c2440_lcd_controller.c,以后我们只需往里面传入参数即可控制LCD控制器,对于我们的4.3寸LCD,配合LCD手册时序的介绍,相关的设置如下:

Chapter17 lesson6 001.png

#define LCD_FB_BASE 0x33c00000

lcd_params lcd_4_3_params = {
	.name = "lcd_4.3"
	.pins_polarity = {
		.de    = NORMAL,	/* normal: 高电平时可以传输数据 */
		.pwren = NORMAL,    /* normal: 高电平有效 */
		.vclk  = NORMAL,	/* normal: 在下降沿获取数据 */
		.rgb   = NORMAL,	/* normal: 高电平表示1 */
		.hsync = INVERT,    /* normal: 高脉冲 */
		.vsync = INVERT, 	/* normal: 高脉冲 */
	},
	.time_sequence = {
		/* 垂直方向 */
		.tvp=	10, /* vysnc脉冲宽度 */
		.tvb=	2,  /* 上边黑框, Vertical Back porch */
		.tvf=	2,  /* 下边黑框, Vertical Front porch */

		/* 水平方向 */
		.thp=	41, /* hsync脉冲宽度 */
		.thb=	2,  /* 左边黑框, Horizontal Back porch */
		.thf=	2,  /* 右边黑框, Horizontal Front porch */

		.vclk=	9,  /* MHz */
	},
	.xres = 480,
	.yres = 272,
	.bpp  = 16,
	.fb_base = LCD_FB_BASE,
};

完成了lcd控制器和参数的代码,现在还需要一个管理的中间层将两者连在一起。

我们用lcd_controller.c管理s3c2440_lcd_controller.c,它向上接受传入的LCD参数,向下传给对应的LCD控制器。lcd_controller.c管理下级的控制器的思路如下:

  • a. 用数组保存下面各种lcd_controller;
  • b. 提供register_lcd_controller给下面的代码设置数组;
  • c. 提供select_lcd_controller(name)给上面的代码选择某个lcd_controller;


lcd_controller.c代码如下:

#define LCD_CONTROLLER_NUM 10

static p_lcd_controller p_array_lcd_controller[LCD_CONTROLLER_NUM];
static p_lcd_controller g_p_lcd_controller_selected;

int register_lcd_controller(p_lcd_controller plcdcon)
{
	int i;
	for (i = 0; i < LCD_CONTROLLER_NUM; i++)
	{
		if (!p_array_lcd_controller[i])
		{
			p_array_lcd_controller[i] = plcdcon;
			return i;
		}
	}
	return -1;		
}

int select_lcd_controller(char *name)
{
	int i;
	for (i = 0; i < LCD_CONTROLLER_NUM; i++)
	{
		if (p_array_lcd_controller[i] && !strcmp(p_array_lcd_controller[i]->name, name))
		{
			g_p_lcd_controller_selected = p_array_lcd_controller[i];
			return i;
		}
	}
	return -1;		
}


/* 向上: 接收不同LCD的参数
 * 向下: 使用这些参数设置对应的LCD控制器
 */

int lcd_controller_init(p_lcd_params plcdparams)
{
	/* 调用所选择的LCD控制器的初始化函数 */
	if (g_p_lcd_controller_selected)
	{
		g_p_lcd_controller_selected->init(plcdparams);
		return 0;
	}
	return -1;
}

void lcd_contoller_add(void)
{
	s3c2440_lcd_contoller_add();
}


同时,在s3c2440_lcd_controller.c里注册控制器:

void s3c2440_lcd_contoller_add(void)
{
	register_lcd_controller(&s3c2440_lcd_controller);
}

这样,s3c2440_lcd_controller.c里的register_lcd_controller()将自己放在p_array_lcd_controller[]这个数组,然后上层的lcd_controller.c调用select_lcd_controller()传入要选择的LCD控制器,然后在数组里面找到名字名字匹配的LCD控制器进行相应的初始化。

同理,也通过lcd.c去管理lcd_4.3.c,思路如下:

  • a. 有一个数组存放各类lcd的参数;
  • b. 有一个register_led给下面的lcd程序来设置数组;
  • c. 有一个select_lcd,供上层选择某款LCD;

参考前面的lcd_controller.c编辑lcd_controller.c如下:

#define LCD_NUM 10

static p_lcd_params p_array_lcd[LCD_NUM];
static p_lcd_params g_p_lcd_selected;

int register_lcd(p_lcd_params plcd)
{
	int i;
	for (i = 0; i < LCD_NUM; i++)
	{
		if (!p_array_lcd[i])
		{
			p_array_lcd[i] = plcd;
			return i;
		}
	}
	return -1;		
}

int select_lcd(char *name)
{
	int i;
	for (i = 0; i < LCD_NUM; i++)
	{
		if (p_array_lcd[i] && !strcmp(p_array_lcd[i]->name, name))
		{
			g_p_lcd_selected = p_array_lcd[i];
			return i;
		}
	}
	return -1;		
}

在lcd_4.3.c里面把lcd参数注册进去:

void lcd_4_3_add(void) { register_lcd(&lcd_4_3_params); }


以后只需要在lcd.c里面选择某款lcd和某款lcd控制器即可,底层的只管添加种类即可。

在lcd.c里面添加初始化函数如下:

int lcd_init(void)
{
	/* 注册LCD */
	lcd_4_3_add();

	/* 注册LCD控制器 */
	lcd_contoller_add();
	
	/* 选择某款LCD */
	select_lcd("lcd_4.3");

	/* 选择某款LCD控制器 */
	select_lcd_controller("s3c2440");

	/* 使用LCD的参数, 初始化LCD控制器 */
	lcd_controller_init(g_p_lcd_selected);
}

第007节_编程_简单测试

首先向lcd_test.c里面添加一个测试函数lcd_test(),用于向framebuffer写数据,所需步骤如下:

  • a. 初始化LCD
  • b. 使能LCD
  • c. 获取LCD参数: fb_base, xres, yres, bpp
  • d. 往framebuffer中写数据


  • a. 初始化LCD
lcd_init();
  • b. 使能LCD
lcd_enable();

该函数实际调用的是lcd_controller_enable()

  • c. 获取LCD参数: fb_base, xres, yres, bpp

只有获取到LCD的参数信息,才能根据这些信息进行相应显示。

get_lcd_params(&fb_base, &xres, &yres, &bpp);

该函数是在lcd.c里面实现:

void get_lcd_params(unsigned int *fb_base, int *xres, int *yres, int *bpp)
{
	*fb_base = g_p_lcd_selected->fb_base;
	*xres = g_p_lcd_selected->xres;
	*yres = g_p_lcd_selected->yres;
	*bpp = g_p_lcd_selected->bpp;
}
  • d. 往framebuffer中写数据

假设现在BPP=16,想让全屏显示红色,就需要从framebuffer基地址开始一直填充对应的颜色数据。 对于16BPP,RGB=565,想显示红色,即[15:11]全为1表示红色,[10:5]全为0表示无绿色,[4:0]全为0表示无蓝色,0b1111100000000000=0xF700。

以基地址为起点,分别以xres和yres为边界,依次填充颜色。

		p = (unsigned short *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p++ = 0xf700;

编写好程序后,修改Makefile:

objs = start.o led.o uart.o init.o nand_flash.o main.o exception.o interrupt.o timer.o nor_flash.o my_printf.o string_utils.o lib1funcs.o

objs += lcd/font.o
objs += lcd/framebuffer.o
objs += lcd/geometry.o
objs += lcd/lcd.o
objs += lcd/lcd_4.3.o
objs += lcd/lcd_controller.o
objs += lcd/lcd_test.o
objs += lcd/s3c2440_lcd_controller.o

all: $(objs)
	#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000  start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
	arm-linux-ld -T sdram.lds $^ -o sdram.elf
	arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
	arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:
	rm *.bin *.o *.elf *.dis
	
%.o : %.c
	arm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $<

%.o : %.S
	arm-linux-gcc -march=armv4 -c -o $@ $<

然后把工程文件放到虚拟机上交叉编译,根据编译提示结果进行对应修改。

常见问题包括:头文件未添加、数据类型错误等。


同理,假如现在是24BPP,即RGB:888,每个颜色占8位,一共占据24位。

虽然颜色数据只占据24位,但实际中是占据的32位(1字节)方便存储计算,即[23:0]存放的是数据,[31:24]空闲无数据。

对于32BPP,大多数情况下和24BPP差不多的,即RGB:888,每个颜色占8位,一共占据24位。因此想依次显示红绿蓝,代码如下:

		/* 0xRRGGBB */
        /* red */
		p2 = (unsigned int *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p2++ = 0xff0000;

		/* green */
		p2 = (unsigned int *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p2++ = 0x00ff00;

		/* blue */
		p2 = (unsigned int *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p2++ = 0x0000ff;

之前我们讲数据是8BPP的时候,可以通过调色板转成16BPP,在LCD上显示出相应颜色。

那前面的24BPP、32BPP是怎样在 只能接收16BPP(硬件上只有16根数据线)的LCD上显示的呢?

这是因为在使用24BPP时,发出的8条红色,8条绿色,8条蓝色数据,只用了高5条红色,高6条绿色,高5条蓝色与LCD相连。

第008节_编程_画点线圆

本节将在LCD上画点画圆,无论是何种图形,都是基于点来构成的,因此我们需要先实现画点。

在前面**第003节_编程_框架与准备**所讲的框架里,计划的是在farmebuffer.c实现画点,在geomentry.c实现画线、画圆,font.c实现写字。

我们先在farmebuffer.c实现画点,一个点(x,y)在FB中的位置如图:

Chapter17 lesson8 001.jpg


可以得出其计算公式:

(xy)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + y*bpp/8

同时利用yres来分辨y方向的边界。

因此,需要先从LCD中获取参数:fb_base、xres、yres、bpp;

static unsigned int fb_base;
static int xres, yres, bpp;

void fb_get_lcd_params(void)
{
	get_lcd_params(&fb_base, &xres, &yres, &bpp);
}

再实现画点操作:

void fb_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
	unsigned char  *pc;  /* 8bpp */
	unsigned short *pw;  /* 16bpp */
	unsigned int   *pdw; /* 32bpp */

	unsigned int pixel_base = fb_base + (xres * bpp / 8) * y + x * bpp / 8;

	switch (bpp)
	{
		case 8:
			pc = (unsigned char *) pixel_base;
			*pc = color;
			break;
		case 16:
			pw = (unsigned short *) pixel_base;
			*pw = convert32bppto16bpp(color);
			break;
		case 32:
			pdw = (unsigned int *) pixel_base;
			*pdw = color;
			break;
	}
}

对于8PP,每个像素只占据8位(1字节),因此采用unsigned char类型;

对于16PP,每个像素只占据16位(2字节),因此采用unsigned short类型;

对于32PP,每个像素只占据32位(4字节),因此采用unsigned int类型;


再根据传入的x,y坐标,计算出对应的显存位置。


根据BPP的不同,修改相应位的显存数据。

传入的颜色数据一般都是32bit的,即格式为:0x00RRGGBB,

对于8PP,通过的是调色板索引实现的,这个后续再讲解,直接*pc = color即可。

对于16PP,需要进行颜色转换。

对于32PP,大小刚好对应,直接*pc = color即可。


使用convert32bppto16bpp()函数进行颜色数据转换:

unsigned short convert32bppto16bpp(unsigned int rgb)
{
	int r = (rgb >> 16)& 0xff;
	int g = (rgb >> 8) & 0xff;
	int b = rgb & 0xff;

	/* rgb565 */
	r = r >> 3;
	g = g >> 2;
	b = b >> 3;

	return ((r<<11) | (g<<5) | (b));
}

先分别取出RGB,再相应的清除低位数据,实现将RGB888变为RGB565,最后再组成unsigned short类型数据返回。

画圆画线的具体原理不是我们的主要内容,我们直接百度“C语言 LCD 画圆”可以得到相关的实现代码,比如这篇博客:http://blog.csdn.net/p1126500468/article/details/50428613

新建一个geometry.c,复制博客中代码,替换里面的描点显示函数即可。

最后在主函数测试程序里,加上画圆画线的测试代码:

    /* 画线 */
	draw_line(0, 0, xres - 1, 0, 0xff0000);
	draw_line(xres - 1, 0, xres - 1, yres - 1, 0xffff00);
	draw_line(0, yres - 1, xres - 1, yres - 1, 0xff00aa);
	draw_line(0, 0, 0, yres - 1, 0xff00ef);
	draw_line(0, 0, xres - 1, yres - 1, 0xff4500);
	draw_line(xres - 1, 0, 0, yres - 1, 0xff0780);

	delay(1000000);

	/* 画圆 */
	draw_circle(xres/2, yres/2, yres/4, 0xff00);

希望在LCD上显示如下图形,由6条线和一个圆组成。

将线的起始坐标作为参数传入画线函数。

将圆心和半径作为参数传入画圆函数。 Chapter17 lesson8 002.jpg

第009节_编程_显示文字

文字也是由点构成的,一个个点组成的点阵,宏观的来看,就是文字。

可以参考Linux内核源码中的相关操作,在内核中搜索“font”,打开font_8x16.c,可以看到里面的A字符内容如下:

	/* 65 0x41 'A' */
	0x00, /* 00000000 */
	0x00, /* 00000000 */
	0x10, /* 00010000 */
	0x38, /* 00111000 */
	0x6c, /* 01101100 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0xfe, /* 11111110 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0xc6, /* 11000110 */
	0x00, /* 00000000 */
	0x00, /* 00000000 */
	0x00, /* 00000000 */
	0x00, /* 00000000 */

根据这些数据,在一个8*16的区域里,将为1的点显示出来,为0的则不显示,最终将呈现一个字母“A”。

新建一个font.c,根据字母的点阵在LCD上描画文字,需要的步骤如下:

  • a. 根据带显示的字符的ascii码在fontdata_8x16中得到点阵数据
  • b. 根据点阵来设置对应象素的颜色
  • c. 根据点阵的某位决定是否描颜色
void fb_print_char(int x, int y, char c, unsigned int color)
{
	int i, j;
	
	/* 根据c的ascii码在fontdata_8x16中得到点阵数据 */
	unsigned char *dots = &fontdata_8x16[c * 16];

	unsigned char data;
	int bit;

	/* 根据点阵来设置对应象素的颜色 */
	for (j = y; j < y+16; j++)
	{
		data = *dots++;
		bit = 7;
		for (i = x; i < x+8; i++)
		{
			/* 根据点阵的某位决定是否描颜色 */
			if (data & (1<<bit))
				fb_put_pixel(i, j, color);
			bit--;
		}
	}
}

在font_8x16.c里面,每个字符占据16位,因此想要根据ascii码找到对应的点阵数据,需要对应的乘16,再取地址,得到该字符的首地址。

再根据每个点阵数据每位是否为1,来调用描点函数fb_put_pixel()。这样,依次显示16个点阵数据,获得字符图形。

同样的,在显示之前,还需要获取LCD参数:

extern const unsigned char fontdata_8x16[];
/* 获得LCD参数 */
static unsigned int fb_base;
static int xres, yres, bpp;

void font_init(void)
{
	get_lcd_params(&fb_base, &xres, &yres, &bpp);
}

如果想显示字符串,那就在每显示完一个字符后,x轴加8即可,同时考虑是否超出屏幕显示范围进行换行处理:

/* "abc\n\r123" */
void fb_print_string(int x, int y, char* str, unsigned int color)
{
	int i = 0, j;
	
	while (str[i])
	{
		if (str[i] == '\n')
			y = y+16;
		else if (str[i] == '\r')
			x = 0;

		else
		{
			fb_print_char(x, y, str[i], color);
			x = x+8;
			if (x >= xres) /* 换行 */
			{
				x = 0;
				y = y+16;
			}
		}
		i++;
	}
}

最后在在主函数里,加上显示字符串的函数,传入希望显示的字符串。

第010节_编程_添加除法

在s3c2440_lcd_controller.c里,以前我们使用如下除法:

int clkval = (double)HCLK/plcdparams->time_seq.vclk/2-1+0.5;

编译的时候会提示出错: Chapter17 lesson10 001.png

我们的lib1funcs.S里面是有除法的,但除法的功能不够强,将前面除法计算代码中的double改成精度更小的float还是不行。

对于未实现的函数:

  • a. 去uboot中查找
  • b. 去内核源码中查找
  • c. 去库函数中查找(一般来说编译器自带有很多库)

在库函数中查找步骤:

  • a. 输入命令arm-linux-gcc -v,查看当前使用的交叉编译工具链;
  • b. 输入命令echo $PATH,在环境变量中找到当前使用的交叉编译工具链所在的路径;
  • c. 进入交叉编译工具链所在目录搜索相关函数,例如grep "__floatsisf" * -nR;
  • d. 提取出其中的静态库(.a后缀文件),复制文件到代码文件;
  • e. 修改Makefile,依次尝试加入的每个静态库,直至编译成功;


注意:如果你更换了编译器,需要自己去编译器目录里找出对应的libgcc.a;

有可能有多个libgcc.a,逐个尝试;

第011节_编程_使用调色板

前面我们写的程序都是采用的16BPP或者24BPP(也就是32BPP),假如我们要使用8PP,就得使用调色板。

如图所示8PP工作原理示意图,在FB只存放8bit得每个像素索引,根据这个索引,在去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。

调色板里面有2^8(256)个颜色数据,每个颜色数据为16bit,表示一种颜色。 Chapter17 lesson11 001.jpg

在硬件上,我们要初始化这个调色板,才能通过索引得到颜色。

根据第三节的软件框架,调色板的初始化应该放在s3c2440_lcd_controller.c里面。

在lcd_controller结构体里添加调色板初始化函数:

struct lcd_controller s3c2440_lcd_controller = {
	.name    = "s3c2440",
	.init    = s3c2440_lcd_controller_init,
	.enable  = s3c2440_lcd_controller_enalbe,
	.disable = s3c2440_lcd_controller_disable,
	.init_palette = s3c2440_lcd_controller_init_palette,
};

调色板对应一块内存,我们需要找到他的位置和格式。

Chapter17 lesson11 002.png


从芯片手册了解到,其起始地址为0x4D000400,且设置调色板前,需要关闭LCD控制器。

void s3c2440_lcd_controller_init_palette(void)
{
	volatile unsigned int *palette_base =  (volatile unsigned int *)0x4D000400;
	int i;

	int bit = LCDCON1 & (1<<0);

	/* LCDCON1'BIT 0 : 设置LCD控制器是否输出信号 */
	if (bit)
		LCDCON1 &= ~(1<<0);

	for (i = 0; i < 256; i++)
	{
		/* 低16位 : rgb565 */	
		*palette_base++ = i;
	}

	if (bit)
		LCDCON1 |= (1<<0);
}

设置调色板前,先判断LCD控制器是否打开,如果打开了就先关闭,且设置完成后再打开。

再网上搜索了一下,没有找到调色板数据数组,这里作为实验,就随便设置,让其为i。

我们让调色板数据等于i,0-255,只占据8位,最后的颜色范围为B5G3R0,因此会比较偏蓝。


修改lcd_4.3.c,将BPP改为8,

再修改lcd_controller.c的初始化函数,加入调色板初始化函数。

int lcd_controller_init(p_lcd_params plcdparams)
{
	/* 调用所选择的LCD控制器的初始化函数 */
	if (g_p_lcd_controller_selected)
	{
		g_p_lcd_controller_selected->init(plcdparams);
		g_p_lcd_controller_selected->init_palette();
		return 0;
	}
	return -1;
}

再修改lcd_test.c,加入bpp=8的情况:

	if (bpp == 8)
	{
		/* 让LCD输出整屏的红色 */

		/* bpp: palette[12] */

		p0 = (unsigned char *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p0++ = 12;

		/* palette[47] */
		p0 = (unsigned char *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p0++ = 47;

		/* palette[88] */
		p0 = (unsigned char *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p0++ = 88;

		/* palette[0] */
		p0 = (unsigned char *)fb_base;
		for (x = 0; x < xres; x++)
			for (y = 0; y < yres; y++)
				*p0++ = 0;
			
	}

随便让其全屏显示某个颜色。

最后在画线画圆,显示文字的函数里,修改下颜色:

	/* 画线 */
	draw_line(0, 0, xres - 1, 0, 0x23ff77);
	draw_line(xres - 1, 0, xres - 1, yres - 1, 0xffff);
	draw_line(0, yres - 1, xres - 1, yres - 1, 0xff00aa);
	draw_line(0, 0, 0, yres - 1, 0xff00ef);
	draw_line(0, 0, xres - 1, yres - 1, 0xff45);
	draw_line(xres - 1, 0, 0, yres - 1, 0xff0780);

	delay(1000000);

	/* 画圆 */
	draw_circle(xres/2, yres/2, yres/4, 0xff);

	/* 输出文字 */
	fb_print_string(10, 10, "www.100ask.net\n\r100ask.taobao.com", 0xff);

上面的颜色数据,其实只有低两位有效,因为前面的调色板映射范围是0-255。

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