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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。 [[File:chapter17_lesson1_001.jpg|400px]] 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:chapter17_lesson1_002.jpg|700px]] 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:chapter17_lesson1_003.jpg|700px]] 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:chapter17_lesson1_004.png|700px]] 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:chapter17_lesson1_005.jpg|700px]] 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: [[File:chapter17_lesson2_001.png|700px]] 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:chapter17_lesson2_002.jpg|700px]] 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:chapter17_lesson3_001.jpg|700px]] 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:chapter17_lesson3_002.jpg|700px]] 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:chapter17_lesson5_001.png|700px]] [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''': [[File:chapter17_lesson5_002.png|700px]] 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:chapter17_lesson5_003.png|700px]] [25:19] : HBPD = thb - 1 [18:8] : HOZVAL = 列 - 1 [7:0] : HFPD = thf - 1 '''寄存器4''': [[File:chapter17_lesson5_004.png|700px]] [7:0] : HSPW = thp - 1 '''寄存器5''': [[File:chapter17_lesson5_005.png|700px]] 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:chapter17_lesson5_006.png|700px]] [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:chapter17_lesson5_007.png|700px]] [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。 = 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: [[File:chapter17_lesson6_001.png|700px]] <syntaxhighlight lang="c" > #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, }; </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > #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); } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > #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; } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > 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); } </syntaxhighlight> = 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 <syntaxhighlight lang="c" > lcd_init(); </syntaxhighlight> * b. 使能LCD <syntaxhighlight lang="c" > lcd_enable(); </syntaxhighlight> 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。 <syntaxhighlight lang="c" > get_lcd_params(&fb_base, &xres, &yres, &bpp); </syntaxhighlight> 该函数是在lcd.c里面实现: <syntaxhighlight lang="c" > 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; } </syntaxhighlight> * 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。 <syntaxhighlight lang="c" > p = (unsigned short *)fb_base; for (x = 0; x < xres; x++) for (y = 0; y < yres; y++) *p++ = 0xf700; </syntaxhighlight> 编写好程序后,修改Makefile: <syntaxhighlight lang="c" > 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 $@ $< </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > /* 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; </syntaxhighlight> 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: [[File:chapter17_lesson8_001.jpg|700px]] 可以得出其计算公式: <syntaxhighlight lang="c" > (x,y)像素起始地址=fb_base+(xres*bpp/8)*y + y*bpp/8 </syntaxhighlight> 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; <syntaxhighlight lang="c" > static unsigned int fb_base; static int xres, yres, bpp; void fb_get_lcd_params(void) { get_lcd_params(&fb_base, &xres, &yres, &bpp); } </syntaxhighlight> 再实现画点操作: <syntaxhighlight lang="c" > 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; } } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > 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)); } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > /* 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); </syntaxhighlight> 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。 [[File:chapter17_lesson8_002.jpg|700px]] = 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: <syntaxhighlight lang="c" > /* 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 */ </syntaxhighlight> 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 <syntaxhighlight lang="c" > 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--; } } } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > 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); } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > /* "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++; } } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > int clkval = (double)HCLK/plcdparams->time_seq.vclk/2-1+0.5; </syntaxhighlight> 编译的时候会提示出错: [[File:chapter17_lesson10_001.png|800px]] 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。 [[File:chapter17_lesson11_001.jpg|700px]] 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: <syntaxhighlight lang="c" > 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, }; </syntaxhighlight> 调色板对应一块内存,我们需要找到他的位置和格式。 [[File:chapter17_lesson11_002.png|700px]] 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。 <syntaxhighlight lang="c" > 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); } </syntaxhighlight> 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。 <syntaxhighlight lang="c" > 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; } </syntaxhighlight> 再修改lcd_test.c,加入bpp=8的情况: <syntaxhighlight lang="c" > 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; } </syntaxhighlight> 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: <syntaxhighlight lang="c" > /* 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); </syntaxhighlight> 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。 ='''《《所有章节目录》》'''= <categorytree mode=all background-color:white;">ARM裸机加强版</categorytree> [[Category:ARM裸机加强版 ]]
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