LCD 原理和移植總結【轉】

轉自：http://blog.chinaunix.net/uid-22915173-id-329617.html

Framebuffer：是linux的framebuffer驅動在內存開辟的一塊顯存，存放一幀圖像數據。
IPU：是mx51的圖像處理單元，里面包含DMA控制器和DI顯示接口等。
LCDDriver：是一塊和LCD屏幕整合在一起的驅動芯 片，接收IPU傳過來的數據和時序信號，轉化為有規律的LCD驅動電壓。

一幅圖像的顯示過程是這樣的：用戶打開/dev/fbx設備，使用mmap()系統調用映射framebuffer內存空間到用戶空間，用戶直接用 memcpy()復制圖像數據到framebuffer，DMA探測到framebuffer數據發生變動，啟動DMA傳輸圖像數據到IPUI，PU再根 據framebuffer驅動設置的處理模式對像素數據進行一系列處理，比如framebuffer使用了overlay framebuffer那就啟動overlay處理單元混合兩個framebuffer的數據，另外IPU還會packing像素數據，比如 framebuffer里像素格式為RGB565，IPU會把他packing成RGB666的格式，以配合LCD模塊的接口。IPU處理完數據后，送到 DI，在DI時序模塊產生的時序信號同步下，一起輸出到LCD驅動芯片。

移植LCD驅動的第一步，是確保IPU輸出給LCD Driver的時序、數據、供電信號是對的。
時序信號一般是根據LCD的datasheet上的參數，填寫fb_videomode這個結構體：

struct fb_videomode {
        const char *name;        /* optional */
        u32 refresh;                /* optional */
        u32 xres;                // x分辨率
        u32 yres;                // y分辨率
        u32 pixclock;                // 像素時鍾頻率，即每個時鍾周期顯示一個像素點
        u32 left_margin;        // 行掃描開始脈沖到一行像素數據開始輸出的延遲 hsync<==>DEN
        u32 right_margin;        // 一行像素數據輸出完畢到下一行的行掃描開始脈沖間的延遲 DEN <==>hsync
        u32 upper_margin;        // 幀掃描開始脈沖到第一行像素數據開始輸出的延遲 vsync<==>DEN(1st line)
        u32 lower_margin;        // 最后一行像素數據輸出結束到下一幀的那幀掃描開始脈沖間的延遲DEN(last line)<==>vsync
        u32 hsync_len; // 行掃描脈沖寬度，單位為pixclock
        u32 vsync_len; // 幀掃描脈沖寬度，單位為line
        u32 sync; // 各同步信號的極性定義，如hsync、vsync、DEN的極性等。
        u32 vmode; // 顯示模式，逐行還是隔行掃描
        u32 flag; // 一般為0
};

這個結構體定義完之后，對於一般的LCD，在連線正確的情況下，系統啟動后應該就出來圖像了，此時圖像可能是上下跳動或者左右有偏移，這就需要再調整一下 fb_videomode中left/right/upper/lower margin參數。如果上電后沒有圖像，則首先用示波器檢測hsync, vsync,DEN,pclk等波形是否正確，使用雙蹤示波器通過hsync、vsync與DEN的比對查看left/right/upper /lower margin是否合適。如果這些信號都沒有問題，那么說明LCD需要通過spi總線發送命令對其進行初始化。初始化代碼一般由LCD廠商提供，不過很多廠 商提供的初始化代碼都有問題，會導致LCD白屏或者其他不正常的現象。

TFT LCD的原理：

圖2. TFT LCD截面圖

TFT LCD主要由兩個透明電極，中間的液晶分子和一個有色玻璃組成。在沒有通電的情況下，液晶分子呈無規則排列，背光無法透過液晶層。當有外加電場時，液晶分 子順着電場的方向有序排列，背光可以通過，並且由於有色玻璃的濾光，呈現紅，綠，藍色調，不過，背光的透過率只有10%，這是LCD的一個缺點。

以上是一個像素中的一個RGB分量的產生過程。接下來看看如何整合這個基本單元，組成一個LCD屏幕。

圖3. LCD平面圖

這個圖比上面多出來的是2種長條和一種MOS晶體管。這3個東西的作用是在一定的時序下給各顯示電極充電。橫向的長條和LCD驅動芯片的Gate Driver連接的，用於打開各行的MOSFET。縱向的長條和LCD驅動芯片的Source Driver連接，代表RGB數據。整個過程大致是這樣的：首先第一行的Gate線產生一個充電脈沖，使第一行的MOS管導通，同時Source線那邊經 過數模轉換后的RGB電壓也已經就緒，於是通過MOS管對顯示電極充電，每個pixel clock充電一個像素，即3根Source線完成充電。對於320x480的屏，一共有480根Gate線，320x3=960根Source線，則經 過320個pclk后，第一行充電完成，顯示出相應的畫面。然后，第二行的Gate線產生一個充電脈沖，一次類推，直到最后一行，又從第一行開 始.....

圖4. LCD基本結構

圖4. LCD傳輸分解

圖5. LCD基本單元圖

圖6. LCD陣列圖

圖7. LCD信號圖

圖8. LCD整體框圖

LCD點屏步驟：
1.參考LCD datasheet修改fb_videomode結構體的參數。
2.配置GPIO，點亮LCD背光。
3.參考LCD datasheet看這個LCD是否需要spi總線發送命令進行初始化，一般廠商給datasheet時也會給一份初始化代碼，不過有些參數是錯誤的，需 要調整，發送不正確的命令會導致LCD白屏。
4.用示波器測試從LCD控制器出來的Hsync, Vsync, DE, PCLK是否正確，用萬用表測量Vio, Vci是否正常。
5.有的LCD Driver需要LCD控制器發出一個CS片選使能信號。
6.用萬用表測量LCD的柵壓是否正常，一般為9.2V。
7.如果上述步驟后還出不來，再檢查LCD初始化命令是否正確，spi時序是否符合。

圖像異常處理：
1.驅動問題
上下抖動，左右沒對齊：調整left/right/upper/lower margin值
2.LCD初始化命令問題
有紋波：調整VDD/AVDD/VGL/VGH電壓
色彩失真：看LCD的RGB模式設置和LCD控制器出來的RGB模式是否一致

本次點屏過程：
0. 非常感謝張同學和梁同學在本次點屏中所作的關鍵性工作。
1. 在mx51_kernel的mxcfb_epson_vga.c的fb_videomode結構體中修改了時序參數，上電，LCD無任何反應
2. 張同學在mx51_3stack_gpio.c中通過配置GPIO NANDF_CS6 打開了LCD背光燈，LCD產生白屏閃動現象，並在mxcfb_epson_vga.c的lcd_init()中加入了ilitek提供的初始化命令。
3. 梁同學在mx51_3stack_gpio.c中通過配置MX51_PIN_DI1_D1_CS ，使其一直拉低，提供了LCD Driver芯片的片選使能，並測量出upper margin和lower margin時序有偏移，經過調整此2值，消除了IPU error。
4. 去掉3條冗余的LCD初始化命令，LCD點亮。
5. 對於本次調屏，以上步驟都是必要的，也是充分的

kernel 文件修改：
1.driver/video/mxc/mxcfb_epson_vga.c
(1).static struct fb_videomode video_modes[] 改為：

1. static struct fb_videomode video_modes[] = {
2.         {
3.                 /* 320x480 @ 60 Hz */
4.                 "Elite-HVGA", 60, 320, 480, 86566, 20, 40, 5, 1, 10, 2,
5.                 FB_SYNC_CLK_LAT_FALL,
6.                 FB_VMODE_NONINTERLACED,
7.                 0,},
8. };

復制代碼

(2).static void lcd_init(void)改為：

1. static void lcd_init(void)
2. {
3.         u16 i;
4. const u16 cmd[] = {
5.           0x11,
6.           0xD0, param(0x07), param(0x41), param(0x0F),
7.           0xD1, param(0x00), param(0x3E), param(0x1F),
8.           0xD2, param(0x01), param(0x10),
9.           0xC0, param(0x00), param(0x3B), param(0x00), param(0x02),
10.                 param(0x11),
11.           0xC5, param(0x02),
12. //          0xC6, param(0x1B),
13.           0xC6, param(0x02),
14.           0xC8, param(0x66), param(0x66), param(0x66), param(0x66),
15.                 param(0x0E), param(0x1E), param(0x66), param(0x66),
16.                 param(0x77), param(0x66), param(0x0F), param(0x0F),
17.           0x36, param(0x0A),    // set_address_mode, RGB order
18.           0x3A, param(0x66),        // 0x60: RGB=666; 0x50: RGB=565; 0x10: RGB=111
19.           0xB4, param(0x11),
20.           0x29,
21.           0x2C
22. };
24.         if (lcd_spi) {
25.                 spi_write(lcd_spi, (const u8 *)cmd, ARRAY_SIZE(cmd));
26.         } else {
27.                 for (i = 0; i < sizeof(cmd) / 2; i++)
28.                 {
29.                         ipu_disp_direct_write(DIRECT_ASYNC1, cmd[i], 0);
30.                 }
31.                 msleep(1);
32.                 ipu_uninit_channel(DIRECT_ASYNC1);
33.         }
34. }

復制代碼

2.arch/arm/mach-mx51/mx51_3stack.c

1. static struct mxc_lcd_platform_data lcd_data = {
2.         .core_reg = "VIOHI",
3.         .io_reg = "SW4",
4.         .reset = lcd_reset,
5. };

復制代碼

改 為

1. static struct mxc_lcd_platform_data lcd_data = {
2.         .core_reg = "VSD",
3.         .io_reg = "SW4",
4.         .reset = lcd_reset,
5. };

復制代碼

3.arch/arm/mach-mx51/mx51_3stack_gpio.c
void gpio_lcd_active(void)修改為：

1. void gpio_lcd_active(void)
2. {
3.         mxc_request_iomux(MX51_PIN_NANDF_CS6, IOMUX_CONFIG_ALT3);
4.         mxc_set_gpio_direction(MX51_PIN_NANDF_CS6, 0);
5.         mxc_set_gpio_dataout(MX51_PIN_NANDF_CS6, 1);
7.         mxc_request_iomux(MX51_PIN_DI1_D1_CS, IOMUX_CONFIG_ALT4);
8.         mxc_set_gpio_direction(MX51_PIN_DI1_D1_CS, 0);
9.         mxc_set_gpio_dataout(MX51_PIN_DI1_D1_CS, 0);
10.        
11.         mxc_request_iomux(MX51_PIN_DI_GP2, IOMUX_CONFIG_ALT0);
12.         mxc_request_iomux(MX51_PIN_DI_GP3, IOMUX_CONFIG_ALT0);
13. }