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淺談linux的LCD驅動

轉載請註明出處:http://blog.csdn.net/ruoyunliufeng/article/details/24499251

一.硬體基礎

    1.硬體框圖


    2.LCD控制器

    瞭解硬體最直接的辦法就是看手冊,在這裡我只會簡單介紹下LCD的硬體。具體的我會在下面結合程式講解。


             a.REGBANK是LCD控制器的暫存器,含17個暫存器以及一塊256*16的調色記憶體,用來設定各項引數。

             b.LCDCDMA是LCD控制器專用的DMA通道。

             c.TIMEGEN和LPC3600負責產生LCD屏所需要的控制時序。

             d.VIDPRCS需要與LCDCDMA中的數組合成特定的格式,然後從VD[23:0]傳送給LCD螢幕。

      3.時序理解



二.驅動框架


我們從上面這幅圖看,幀緩衝裝置在Linux中也可以看做是一個完整的子系統,大體由fbmem.c和xxxfb.c組成。向上給應用程式提供完善的裝置檔案操作介面(即對FrameBuffer裝置進行read、write、ioctl等操作),介面在Linux提供的fbmem.c檔案中實現;向下提供了硬體操作的介面,只是這些介面Linux並沒有提供實現,因為這要根據具體的LCD控制器硬體進行設定,所以這就是我們要做的事情了(即xxxfb.c部分的實現)。

三.改寫驅動

        1.程式程式碼

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/fb.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/clk.h>

#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/div64.h>

#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/arch/regs-lcd.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/arch/fb.h>

static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
			     unsigned int green, unsigned int blue,
			     unsigned int transp, struct fb_info *info);


struct lcd_regs {
	unsigned long	lcdcon1;
	unsigned long	lcdcon2;
	unsigned long	lcdcon3;
	unsigned long	lcdcon4;
	unsigned long	lcdcon5;
    unsigned long	lcdsaddr1;
    unsigned long	lcdsaddr2;
    unsigned long	lcdsaddr3;
    unsigned long	redlut;
    unsigned long	greenlut;
    unsigned long	bluelut;
    unsigned long	reserved[9];
    unsigned long	dithmode;
    unsigned long	tpal;
    unsigned long	lcdintpnd;
    unsigned long	lcdsrcpnd;
    unsigned long	lcdintmsk;
    unsigned long	lpcsel;
};

static struct fb_ops s3c_lcdfb_ops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.fb_setcolreg	= s3c_lcdfb_setcolreg,
	.fb_fillrect	= cfb_fillrect,
	.fb_copyarea	= cfb_copyarea,
	.fb_imageblit	= cfb_imageblit,
};


static struct fb_info *s3c_lcd;         
static volatile unsigned long *gpbcon;
static volatile unsigned long *gpbdat;
static volatile unsigned long *gpccon;
static volatile unsigned long *gpdcon;
static volatile unsigned long *gpgcon;
static volatile struct lcd_regs* lcd_regs;
static u32 pseudo_palette[16];


/* from pxafb.c */
static inline unsigned int chan_to_field(unsigned int chan, struct fb_bitfield *bf)
{
	chan &= 0xffff;          //清零高16位
	chan >>= 16 - bf->length;  //保留高8位置
	return chan << bf->offset;  //左移起始地址(得到的值就是顏色了)
}


static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
			     unsigned int green, unsigned int blue,
			     unsigned int transp, struct fb_info *info)
{
	unsigned int val;
	
	if (regno > 16)
		return 1;

	/* 用red,green,blue三原色構造出val */
	val  = chan_to_field(red,	&info->var.red);
	val |= chan_to_field(green,     &info->var.green);
	val |= chan_to_field(blue,	&info->var.blue);
	
	//((u32 *)(info->pseudo_palette))[regno] = val;
	pseudo_palette[regno] = val;
	return 0;
}
/*入口函式*/
static int lcd_init(void)             
{
	/* 1. 分配一個fb_info */
	s3c_lcd = framebuffer_alloc(0, NULL);

	/* 2. 設定 */
	/* 2.1 設定固定的引數 */
	strcpy(s3c_lcd->fix.id, "mylcd");
	s3c_lcd->fix.smem_len = 320*240*32/8;        /* MINI2440的LCD位寬是24,但是2440裡會分配4位元組即32位(浪費1位元組) */
	s3c_lcd->fix.type     = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
	s3c_lcd->fix.visual   = FB_VISUAL_TRUECOLOR; /* TFT */
	s3c_lcd->fix.line_length = 240*4;    /*一行240沒個佔4個位元組*/
	
	/* 2.2 設定可變的引數 */
	s3c_lcd->var.xres           = 240;
	s3c_lcd->var.yres           = 320;
	s3c_lcd->var.xres_virtual   = 240;
	s3c_lcd->var.yres_virtual   = 320;
	s3c_lcd->var.bits_per_pixel = 32;

	/* RGB:565 */
	s3c_lcd->var.red.offset     = 16;
	s3c_lcd->var.red.length     = 8;
	
	s3c_lcd->var.green.offset   = 8;
	s3c_lcd->var.green.length   = 8;

	s3c_lcd->var.blue.offset    = 0;
	s3c_lcd->var.blue.length    = 8;

	s3c_lcd->var.activate       = FB_ACTIVATE_NOW;
	
	
	/* 2.3 設定操作函式 */
	s3c_lcd->fbops              = &s3c_lcdfb_ops;
	
	/* 2.4 其他的設定 */
	s3c_lcd->pseudo_palette = pseudo_palette; /*調色盤*/
	//s3c_lcd->screen_base  = ;  /* 視訊記憶體的虛擬地址 */ 
	s3c_lcd->screen_size   = 320*240*32/8;       /*視訊記憶體大小*/

	/* 3. 硬體相關的操作 */
	/* 3.1 配置GPIO用於LCD */
	gpbcon = ioremap(0x56000010, 8);
	gpbdat = gpbcon+1;
	gpccon = ioremap(0x56000020, 4);
	gpdcon = ioremap(0x56000030, 4);
	gpgcon = ioremap(0x56000060, 4);

    *gpccon  = 0xaaaaaaaa;   /* GPIO管腳用於VD[7:0],LCDVF[2:0],VM,VFRAME,VLINE,VCLK,LEND */
	*gpdcon  = 0xaaaaaaaa;   /* GPIO管腳用於VD[23:8] */
	
//	*gpbcon &= ~(3);  /* GPB0設定為輸出引腳 */
//	*gpbcon |= 1;
//	*gpbdat &= ~1;     /* 輸出低電平 */

	*gpgcon |= (3<<8); /* GPG4用作LCD_PWREN */
	
	/* 3.2 根據LCD手冊設定LCD控制器, 比如VCLK的頻率等 */
	lcd_regs = ioremap(0x4D000000, sizeof(struct lcd_regs));

	/* 
	 * MINI2440 LCD 3.5英寸 ZQ3506_V0 SPEC.pdf 第11、12頁
	 * 
	 * LCD手冊11,12頁和2440手冊"Figure 15-6. TFT LCD Timing Example"一對比就知道引數含義了
	 */

	/* bit[17:8]: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2], LCD手冊29 (150ns)
	 *            6.7MHz = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]
	 *            CLKVAL = 7
	 * bit[6:5]: 0b11, TFT LCD
	 * bit[4:1]: 0b1101, 24 bpp for TFT
	 * bit[0]  : 0 = Disable the video output and the LCD control signal.
	 */
	lcd_regs->lcdcon1  = (7<<8) | (3<<5) | (0x0d<<1);
	

	/* 垂直方向的時間引數
	 * 根據資料手冊
	 * bit[31:24]: VBPD, VSYNC之後再過多長時間才能發出第1行資料
	 *             LCD手冊 2
	 *             VBPD=17
	 * bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
	 * bit[13:6] : VFPD, 發出最後一行資料之後,再過多長時間才發出VSYNC
	 *             LCD手冊2
	 * bit[5:0]  : VSPW, VSYNC訊號的脈衝寬度, LCD手冊tvp=1, 所以VSPW=1-1=0
	 */
	 
	lcd_regs->lcdcon2  = (2<<24) | (319<<14) | (2<<6) | (0<<0);


	/* 水平方向的時間引數
	 * bit[25:19]: HBPD, VSYNC之後再過多長時間才能發出第1行資料
	 *             LCD手冊 20
	 * bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
	 * bit[7:0] : HFPD, 發出最後一行裡最後一個象素資料之後,再過多長時間才發出HSYNC
	 *             LCD手冊10
	 */

	lcd_regs->lcdcon3 = (20<<19) | (239<<8) | (10<<0);

	/* 水平方向的同步訊號
	 * bit[7:0]	: HSPW, HSYNC訊號的脈衝寬度, LCD手冊HSPW=10
	 */	
	lcd_regs->lcdcon4 = 10;

	/* 訊號的極性 
	 * bit[11]: 1=565 format, 對於24bpp這個不用設
	 * bit[10]: 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
	 * bit[9] : 1 = HSYNC訊號要反轉,即低電平有效 
	 * bit[8] : 1 = VSYNC訊號要反轉,即低電平有效 
	 * bit[6] : 0 = VDEN不用反轉
	 * bit[3] : 0 = PWREN輸出0
	 *
	 * BSWP = 0, HWSWP = 0, BPP24BL = 0 : 當bpp=24時,2440會給每一個象素分配32位即4位元組,哪一個位元組是不使用的? 看2440手冊P412
         * bit[12]: 0, LSB valid, 即最高位元組不使用
	 * bit[1] : 0 = BSWP
	 * bit[0] : 0 = HWSWP
	 */
	lcd_regs->lcdcon5 = (0<<10) | (1<<9) | (1<<8) | (0<<12) | (0<<1) | (0<<0);
	
	/* 3.3 分配視訊記憶體(framebuffer), 並把地址告訴LCD控制器 */
	s3c_lcd->screen_base = dma_alloc_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, &s3c_lcd->fix.smem_start, GFP_KERNEL);
	
	lcd_regs->lcdsaddr1  = (s3c_lcd->fix.smem_start >> 1) & ~(3<<30); //最高兩位清零
	lcd_regs->lcdsaddr2  = ((s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len) >> 1) & 0x1fffff;
	lcd_regs->lcdsaddr3  = (240*32/16);  /* 一行的長度(單位: 2位元組) */	
	
	//s3c_lcd->fix.smem_start = xxx;  /* 視訊記憶體的實體地址 */
	/* 啟動LCD */
	lcd_regs->lcdcon1 |= (1<<0); /* 使能LCD控制器 */
	lcd_regs->lcdcon5 |= (1<<3); /* 使能LCD本身: LCD_PWREN */
//	*gpbdat |= 1;     /* MINI2440的背光電路也是通過LCD_PWREN來控制的, 不需要單獨的背光引腳 */

	/* 4. 註冊 */
	register_framebuffer(s3c_lcd);
	
	return 0;
}

/*出口函式*/
static void lcd_exit(void)
{
	unregister_framebuffer(s3c_lcd);
	lcd_regs->lcdcon1 &= ~(1<<0); /* 關閉LCD控制器 */
	lcd_regs->lcdcon1 &= ~(1<<3); /* 關閉LCD本身 */
//	*gpbdat &= ~1;     /* 關閉背光 */
	dma_free_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, s3c_lcd->screen_base, s3c_lcd->fix.smem_start);
	iounmap(lcd_regs);
	iounmap(gpbcon);
	iounmap(gpccon);
	iounmap(gpdcon);
	iounmap(gpgcon);
	framebuffer_release(s3c_lcd);
}

module_init(lcd_init);
module_exit(lcd_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

           2.功能實現 (LCD四部曲)

                    a. 分配一個fb_info結構體: framebuffer_alloc

上面框圖我們可以知道,我們所有的操作都是通過fb_info結構體與上面互動的。所以首先先分配一個結構體。

                    b. 設定

                                1.設定固定引數

參考\linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\include\linux\fb.h中的struct fb_fix_screeninfo { }

                                2.設定可變引數

參考\linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\include\linux\fb.h中的struct fb_var_screeninfo{ }

                                3.設定操作函式

                                4.其他設定

                    c.硬體相關的操作

                                1.配置GPIO用於LCD

相信看了上面的手冊,應該明白為什麼這麼設定了。0xaaaaaaaa就是都設成了1010......(相信小夥伴都懂我說的是啥了)

                                2.根據LCD手冊設定LCD控制器, 比如VCLK的頻率等

這個是重點,一般改寫LCD只改寫這裡就行了。

首先建立對映,LCD Controller比較多,我們把它放到一個結構體裡面。

                                下面開始設定比較重要的幾個暫存器:

首先貼出LCD手冊中的設定


                                           a.  LCDCON1

LINECNT只讀的不用設定

CLKVAL根據公式TFT: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2]

                                  根據 6.39MHz = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]可以算出CLKVAL約等於CLKVAL = 7

                                   VCLK是根據LCD晶片手冊上

MMODE為0               PNRMODE為11 TFT模式           BPPMODE  為1101 = 24 bpp for TFT

ENVID 先設定為0

                                           b.  LCDCON2

    /* 垂直方向的時間引數
     * 根據資料手冊
     * bit[31:24]: VBPD, VSYNC之後再過多長時間才能發出第1行資料
     *             LCD手冊 2
     *             VBPD=17
     * bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
     * bit[13:6] : VFPD, 發出最後一行資料之後,再過多長時間才發出VSYNC
     *             LCD手冊2
     * bit[5:0]  : VSPW, VSYNC訊號的脈衝寬度, LCD手冊tvp=1, 所以VSPW=1-1=0
     */

                                           c.  LCDCON3

    /* 水平方向的時間引數
     * bit[25:19]: HBPD, VSYNC之後再過多長時間才能發出第1行資料
     *             LCD手冊 20
     * bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
     * bit[7:0] : HFPD, 發出最後一行裡最後一個象素資料之後,再過多長時間才發出HSYNC
     *             LCD手冊10
     */

                                           d.  LCDCON4

    /* 水平方向的同步訊號
     * bit[7:0]    : HSPW, HSYNC訊號的脈衝寬度, LCD手冊HSPW=10
     */   

                                           e.  LCDCON5


    /* 訊號的極性
     * bit[11]: 1=565 format, 對於24bpp這個不用設
     * bit[10]: 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
     * bit[9] : 1 = HSYNC訊號要反轉,即低電平有效
     * bit[8] : 1 = VSYNC訊號要反轉,即低電平有效
     * bit[6] : 0 = VDEN不用反轉
     * bit[3] : 0 = PWREN輸出0
     *
     * BSWP = 0, HWSWP = 0, BPP24BL = 0 : 當bpp=24時,2440會給每一個象素分配32位即4位元組,哪一個位元組是不使用的? 看2440手冊P412
         * bit[12]: 0, LSB valid, 即最高位元組不使用
     * bit[1] : 0 = BSWP
     * bit[0] : 0 = HWSWP
     */

                                3.分配視訊記憶體(framebuffer), 並把地址告訴LCD控制器

a.分配

	s3c_lcd->screen_base = dma_alloc_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, &s3c_lcd->fix.smem_start, GFP_KERNEL);

b.設定

     LCDSADDR1

我們只需要將LCD地址右移1位置。然後將前兩位(沒用到的)清零即可。

	lcd_regs->lcdsaddr1  = (s3c_lcd->fix.smem_start >> 1) & ~(3<<30); //最高兩位清零
     LCDSADDR2

這裡用到結束地址(其實就是開始地址+長度)然後右移動1位,最後將沒用到的位清零。

	lcd_regs->lcdsaddr2  = ((s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len) >> 1) & 0x1fffff;

      LCDSADDR3

表示的一行的長度,用半字(2位元組)表示:

	lcd_regs->lcdsaddr3  = (240*32/16);  /* 一行的長度(單位: 2位元組) */	


                     d.註冊: register_framebuffer

我們做的這些要叫核心知道,所以最後要註冊一下

參考:韋東山視訊二期

           黃剛的S3C2440上LCD驅動(FrameBuffer)例項開發講解 www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33600.htm