嵌入式Linux支持LCD console【轉】

阿新 • • 發佈：2017-06-12

a10 問題 3.5 修改進行動態夏普 display base

轉自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_664c545f0100v9zl.html

轉載：http://www.mculee.cn/post/48.html

【1】LCD 驅動基礎知識

Linux- 2.6.32.2 內核已經支持S3C2440 的LCD 控制器驅動，但在此我們先介紹一下關於2440 LCD 控制器以及驅動相關的LCD 的一些基礎知識。
註意：在此我們只討論 TFT LCD，也就是真彩屏。
LCD 驅動中最關鍵的就是時鐘頻率(Clock frequency)的設置，時鐘頻率設置不對，LCD的顯示就會閃，或者根本沒有顯示。一般LCD 的Datasheet 上會寫有一個推薦的頻率，比如mini2440 所用的統寶3.5”LCD，在它的數據手冊第13 頁，有這樣一個表格：

可以看到，這裏推薦的時鐘頻率是6.39MHz，近似於6.4MHz，範圍，是5M-6.85MHz。S3C2440 之LCD 控制器與此相關的設置為CLKVAL，通過設置它，就可以在LCD 接口的VCLK引腳上產生LCD 所需要的時鐘頻率，那麽CLKVAL 和VCLK 有何種關系呢？在2440 手冊(411頁)中，有這樣一段描述：

The rate of VCLK signal depends on the CLKVAL field in the LCDCON1 register. Table 15-3 defines the
relationship of VCLK and CLKVAL. The minimum value of CLKVAL is 0

接下來，手冊中提供了它們的數學關系公式：

VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1)x2]

因此可以得出：

VCLK = HCLK / ((CLKVAL+1)*2)

那麽HCLK 是多少呢？我們的開發板運行於400Mhz，這個可以在u-boot/cpu/arm920t/start.s 的172行附近可以看到如下代碼：

# if defined(CONFIG_S3C2440) //the s3c2440‘clock
#define MPLLCON 0x4C000004 //the address of register base to the main frequency

ldr r0, =CLKDIVN //FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8

mov r1, #5
str r1, [r0]
ldr r0, =MPLLCON //the main frequency is 405MHz
ldr r1, =0x7f021 //refer to the manual PLL VALUE SELECTION TABLE of the s3c2440 chip
str r1, [r0]

可見，FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8，因此得出HCLK=100Mhz，再根據上述公式得出CLKVAL 應為：
CLKVAL=HCLK/(VCLK*2) -1
CLKVAL = 100000000 / (6400000 * 2) - 1 = 6.8
選擇最接近的整數值7，並把它寫入LCDCON1:17-8(註意：我們實際使用的數值是8)，由此產生的VCLK 頻率實測為5.63Mhz 左右，它也是在5-6.85Mhz 之間的數值，如圖：

【2】新內核中的pixclock 參數

在以前較老的 Linux 內核中，對於LCD 寄存器的設置都是這樣直接填寫CLKVAL 的，但Linux-2.6.32.2 內核卻不再使用這樣簡單直觀的方式，而是通過一個稱為“pixclock”的參數進行調節，它的計算變的復雜和難以理解，我們不清楚Linux 內核中關於2440 部分的移植為何改變成這樣的方式，這有可能是為了和X86 體系中的設置保持一致的風格，下面我們根據實際的代碼進行一些推導和說明，但推導結果和我們的實際設置是並不一致的，會有一些誤差。
提示：我們實際提供的 pixclock 參數並不是按照以下的方式推導計算出的，而是先確定好CLKVAL 的數值，再反復嘗試、猜測得到的。
在 Framebuffer 驅動(linux-2.6.32.2/ drivers/video/s3c2410fb.c)中有這樣一個函數：
clkdiv = DIV_ROUND_UP(s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock), 2);
這裏的clkdiv 就是我們上面提到的CLKVAL，而DIV_ROUND_UP 是一個宏定義，它位於include/linux/kernel.h 文件中：
#define DIV_ROUND_UP(n,d) (((n) + (d) - 1) / (d))
這其實是一個數學概念：向上取整。下面是關於“向上取整”的一段說明：

以下信息來自：http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=743
1>. 問題
A,B 都是整數並且 A>1, B>1
求┌ A/B ┐ 即 A/B 的上取整。
當 A/B 整除，往上取整返回值為 A/B。
當不整除，返回值是 int(A/B) + 1
這個算法的一個應用：如果你有一個動態增長的緩沖區，增長的步長是 B,
某一次緩沖區申請的大小是 A，這個時候，就可以用這個算法，計算出緩沖區的一個合
適大小了，正好可以容納 A，並且不會過於得多，多余部分不會比B 多。
2>. 方法
int( (A+B-1)/B )
3>. HUNTON 的證明
上取整用 UP 表示
由於 A>1、B>1，且A、B 都是整數，所以可以設A=NB+M
其中N 為非負整數，M 為0 到B-1 的數，則
A/B = N + M/B
(A+B-1)/B = N + 1 + (M - 1)/B;
當M 為0 時，
UP(A/B) = N，
int((A+B-1)/B) = N + int(1 - 1/B) = N
當M 為1 到B-1 的數時，0 <= M-1 <= B-2
UP(A/B) = N + 1，
int((A+B-1)/B) = N + 1 + int((M-1)/B) = N + 1
所以對A>1、B>1 的整數A、B 都有：
UP(A/B) = int((A+B-1)/B)

對於除數為“2”的本算法而言，我們可以簡單的理解為“(n/2)+0.5”所對應的整數值，因此這裏不可能避免的就出現了誤差，也就是說n 的數值是有一定範圍的，這裏的n 就是“s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock)”，因此上面的公式可以改寫為：
clkdiv= s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock)/2 + 0.5
而 s3c2410fb_calc_pixclk(fbi, var->pixclock) 這個函數在linux-2.6.32.2/drivers/video/s3c2410fb.c 中是這樣定義的：

static unsigned int s3c2410fb_calc_pixclk(struct s3c2410fb_info *fbi,
unsigned long pixclk)
{
unsigned long clk = fbi->clk_rate;
unsigned long long div;

//;這裏計算出本函數的結果
div = (unsigned long long)clk * pixclk;
div >>= 12;
do_div(div, 625 * 625UL * 625);
dprintk("pixclk %ld, divisor is %ld\n", pixclk, (long)div);
return div;
}

因此得出：
clkdiv=clk*pixclk/(10^12)/2 + 0.5
根據實際打印結果驗證，此處的clk 其實就是HCLK。
而根據 static void s3c2410fb_activate_var(struct fb_info *info)函數中的描述，會得出這樣一個關系：
CLKVAL=clkdiv-1
再結合從2440 芯片手冊得到的公式CLKVAL=HCLK/(VCLK*2) -1，因此可以得出大致這樣的結果(“大致”可以理解為一定的誤差範圍)：
Pixclk=(HCLK-VLCK)x10^12/HCLK*VCLK
以我們所用的統寶屏為例：
HCLK=100Mhz=100,000,000Hz
VLCK=6.4Mhz=6400,000Hz
因此計算出：pixclk =146250，單位是ps(picoseconds)，這和我們實際設置的數值170000是有一定誤差的。
另外，在 Linux 內核文檔中，還有另外一種計算pixclock 的方式，見linux/Documentation/fb/framebuffer.txt，在此我們就不再詳細介紹了，感興趣的可以自己看下，或者到網上查下相關資料。
如果你對這些參數比較“暈”，建議你按照友善官方已經移植驗證好的參數進行設置，下面是具體的參考步驟。

【3】在內核中添加各種LCD 類型的支持

打開 arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c，定位到114行到157行之間，先刪除之前的LCD 設備平臺代碼，如下：

static struct s3c2410fb_display mini2440_lcd_cfg __initdata = {

.lcdcon5 = S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
S3C2410_LCDCON5_PWREN |
S3C2410_LCDCON5_HWSWP,

.type = S3C2410_LCDCON1_TFT,

.width = 240,
.height = 320,

.pixclock = 166667,
.xres = 240,
.yres = 320,
.bpp = 16,
.left_margin = 20,
.right_margin = 8,
.hsync_len = 4,
.upper_margin = 8,
.lower_margin = 7,
.vsync_len = 4,
};

static struct s3c2410fb_mach_info mini2440_fb_info __initdata = {
.displays = &mini2440_lcd_cfg,
.num_displays = 1,
.default_display = 0,

#if 0

.gpccon = 0xaa940659,
.gpccon_mask = 0xffffffff,
.gpcup = 0x0000ffff,
.gpcup_mask = 0xffffffff,
.gpdcon = 0xaa84aaa0,
.gpdcon_mask = 0xffffffff,
.gpdup = 0x0000faff,
.gpdup_mask = 0xffffffff,
#endif

.lpcsel = ((0xCE6) & ~7) | 1<<4,
};
再把友善之臂已經移植好的代碼加入，如下：

//;NEC 3.5”LCD 的配置和參數設置
#if defined(CONFIG_FB_S3C2410_N240320)
#define LCD_WIDTH 240
#define LCD_HEIGHT 320
#define LCD_PIXCLOCK 100000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 36
#define LCD_LEFT_MARGIN 19
#define LCD_HSYNC_LEN 5
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;夏普8”LCD 的配置和參數設置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_TFT640480)
#define LCD_WIDTH 640
#define LCD_HEIGHT 480
#define LCD_PIXCLOCK 80000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 67
#define LCD_LEFT_MARGIN 40
#define LCD_HSYNC_LEN 31
#define LCD_UPPER_MARGIN 25
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;統寶3.5”LCD 的配置和參數設置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_T240320)
#define LCD_WIDTH 240
#define LCD_HEIGHT 320
#define LCD_PIXCLOCK 146250//170000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 25
#define LCD_LEFT_MARGIN 0
#define LCD_HSYNC_LEN 4
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 4
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;群創7”LCD 的配置和參數設置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_TFT800480)
#define LCD_WIDTH 800
#define LCD_HEIGHT 480
#define LCD_PIXCLOCK 11463//40000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 67
#define LCD_LEFT_MARGIN 40
#define LCD_HSYNC_LEN 31
#define LCD_UPPER_MARGIN 25
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;LCD2VGA(分辨率為1024x768)模塊的配置和參數設置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_VGA1024768)
#define LCD_WIDTH 1024
#define LCD_HEIGHT 768
#define LCD_PIXCLOCK 80000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 15
#define LCD_LEFT_MARGIN 199
#define LCD_HSYNC_LEN 15
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 1
#define LCD_VSYNC_LEN 1
#define LCD_CON5 (S3C2410_LCDCON5_FRM565 | S3C2410_LCDCON5_HWSWP)
#endif
#if defined (LCD_WIDTH)
static struct s3c2410fb_display mini2440_lcd_cfg __initdata = {
#if !defined (LCD_CON5)
.lcdcon5 = S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
S3C2410_LCDCON5_PWREN |
S3C2410_LCDCON5_HWSWP,
#else
.lcdcon5 = LCD_CON5,
#endif
.type = S3C2410_LCDCON1_TFT,
.width = LCD_WIDTH,
.height = LCD_HEIGHT,
.pixclock = LCD_PIXCLOCK,
.xres = LCD_WIDTH,
.yres = LCD_HEIGHT,
.bpp = 16,
.left_margin = LCD_LEFT_MARGIN + 1,
.right_margin = LCD_RIGHT_MARGIN + 1,
.hsync_len = LCD_HSYNC_LEN + 1,
.upper_margin = LCD_UPPER_MARGIN + 1,
.lower_margin = LCD_LOWER_MARGIN + 1,
.vsync_len = LCD_VSYNC_LEN + 1,
};
static struct s3c2410fb_mach_info mini2440_fb_info __initdata = {
.displays = &mini2440_lcd_cfg,
.num_displays = 1,
.default_display = 0,
.gpccon = 0xaa955699,
.gpccon_mask = 0xffc003cc,
.gpcup = 0x0000ffff,
.gpcup_mask = 0xffffffff,
.gpdcon = 0xaa95aaa1,
.gpdcon_mask = 0xffc0fff0,
.gpdup = 0x0000faff,
.gpdup_mask = 0xffffffff,
.lpcsel = 0xf82,
};
#endif

然後打開drivers/video/Kconfig：

config FB_S3C2410_DEBUG
bool "S3C2410 lcd debug messages"
depends on FB_S3C2410
help
Turn on debugging messages. Note that you can set/unset at run time
through sysfs
choice
prompt "LCD select"
depends on FB_S3C2410
help
S3C24x0 LCD size select

config FB_S3C2410_T240320
boolean "3.5 inch 240X320 Toppoly LCD"
depends on FB_S3C2410
help
3.5 inch 240X320 Toppoly LCD

config FB_S3C2410_N240320
boolean "3.5 inch 240X320 NEC LCD"
depends on FB_S3C2410
help
3.5 inch 240x320 NEC LCD

config FB_S3C2410_TFT640480
boolean "8 inch 640X480 L80 LCD"
depends on FB_S3C2410
help
8 inch 640X480 LCD

config FB_S3C2410_TFT800480
boolean "7 inch 800x480 TFT LCD"
depends on FB_S3C2410
help
7 inch 800x480 TFT LCD

config FB_S3C2410_VGA1024768
boolean "VGA 1024x768"
depends on FB_S3C2410
help
VGA 1024x768

endchoice

config FB_SM501
tristate "Silicon Motion SM501 framebuffer support"
depends on FB && MFD_SM501
select FB_CFB_FILLRECT
select FB_CFB_COPYAREA

在arch/arm/mach-mini2440/mach-smdk2440.c中，在初始化部分加入以下代碼(檢查是否存在)：

static void __init mini2440_map_io(void)
{
s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc, ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));
s3c24xx_init_clocks(12000000);
s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));

}

static void __init mini2440_machine_init(void)
{
#if defined (LCD_WIDTH)

s3c24xx_fb_set_platdata(&mini2440_fb_info);
#endif
s3c_i2c0_set_platdata(NULL);
s3c_device_nand.dev.platform_data = &mini2440_nand_info;
platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices));
//smdk_machine_init();
}

這樣，我們就完成了LCD 驅動的移植，如果你需要加入其他型號的LCD 驅動，也可以參照上面的方式復制即可，一般小尺寸的pixclock 參數可以參考統寶3.5”的，超過640x480分辨率的參數可以參考8”LCD 的，特別要註意你使用的LCD 的長寬也要修改。

【4】配置內核並下載到開發板測試

現在，我們在命令行輸入:make menuconfig 進入內核配置，依次按下面的子菜單項選擇：

Device Drivers --->
Graphics support --->
<*> Support for frame buffer devices --->
LCD select (3.5 inch 240X320 Toppoly LCD) --->

(X) 3.5 inch 240X320 Toppoly LCD //選擇統寶3.5寸液晶

Console display driver support --->

<*> Framebuffer Console support //支持Framebuffer控制臺

[*] Select compiled-in fonts //選擇字庫，默認VGA 8x8 , VGA 8x16

[*] VGA 8x8 font

[*] VGA 8x16 font

[*] Bootup logo --->

[*] Standard 224-color Linux logo

按空格或者回車鍵選擇我們需要的 LCD 型號，然後退出保存內核配置。
在命令行執行：
#make uImage
將會生成arch/arm/boot/uImage，把它燒寫到開發板中，就可以看到一個小企鵝出現在屏幕上了，如圖

而且logo左下方有一個光標提示符在閃動。

( mknod /dev/fb0 c 29 0

創建framebuffer設備節點,運行cat /dev/fb0，如果發現有一堆亂碼輸出在屏幕上，則表示找到了/dev/fb0這個設備。如果沒有，則可能是你的顯卡不支持)

【6】通過LCD顯示內核啟動信息

之前內核通過串口打印內核信息時，內核命令行參數為console=ttySAC0，現在可以多加一項，即“console=ttySAC0, console=tty1 ”。

註意，tty1表示第一個虛擬終端，tty2表示第二個虛擬終端，... ... tty0表示當前虛擬終端。

不過要想通過它來登錄，還需要修改inittab文件，增加以下6行：

#/etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
tty1::askfirst:-/bin/sh
tty2::askfirst:-/bin/sh
tty3::askfirst:-/bin/sh
tty4::askfirst:-/bin/sh
tty5::askfirst:-/bin/sh
tty6::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a –r

這樣會在虛擬終端上啟動shell程序。在LCD的USB鍵盤上按下Alt+Fn(n=1~6)可以在第1~6個控制臺之間切換。

在串口終端中

[[email protected] /]#ls -l /dev/tty0
crw-rw---- 1 root root 4, 0 Jan 1 00:00 /dev/tty0
[[email protected] /]#ls -l /dev/tty1
crw-rw---- 1 root root 4, 1 Jan 1 00:00 /dev/tty1
[[email protected] /]#

可以看到虛擬終端tty0,tty1的主設備號位4，此設備號分別為0和1，c表示是字符設備。

在串口終端中

[[email protected] /]#echo hello >/dev/tty0
[[email protected] /]#

可以子在當前LCD上顯示hello 字符。

2410上跑的Linux的控制臺放到LCD上去，然後用USB鍵盤作為輸入，形成一個小終端。在網上找了一些資料，大部分只是說可以將kernel的啟動參數的“console”設置為“tty0”即可，試了一下，修改之後的確可以把內核啟動的信息打印到LCD上，但是卻無法輸入任何信息，沒有任何用處。

索性自己研究了一下Linux的配置項，終於可以完全按照自己的意願實現 LCD+USB鍵盤的 console了：

第一步，進入“Character devices”：