LCD驅動程序編寫

學習目標：編寫LCD驅動程序，熟悉根據芯片手冊分析時序圖，配置寄存器，並測試LCD程序。

一、LCD驅動程序編寫

步驟：

1）分配fb_info結構體

2）設置fb_info結構體

　　a. 固定參數

　　b. 可變參數

　　c. 操作函數

　　　--設置調色板

　　d. fb_info的其它成員

　　　--設置顯存

3）硬件相關的操作

　 --配置GPIO用於用於LCD

　 --根據手冊設置LCD控制器寄存器

     --分配顯存，並把地址告訴LCD控制器

4)  注冊fb_info結構體

二、源碼：

#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>

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

//lcd寄存器
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, //設置調色板
    .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;
    chan >>= 16 - bf->length;
    return chan << bf->offset;
}

//設置調色板，供內核使用
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，根據info結構體中設置的偏移，val最終是16位象素 */
    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;                     //val放到調色板數組中
    return 0;
}

static int lcd_init(void)
{
    /* 1. 分配一個fb_info */
    s3c_lcd = framebuffer_alloc(0, NULL);

    /* 2. 設置 */
    /* 2.1 設置固定的參數 */
    strcpy(s3c_lcd->fix.id, "mylcd");
    s3c_lcd->fix.smem_len = 240*320*16/8;                 //顯存的長度=分辨率*每象素字節數  每個像素用16位表示（5:6:5）；
    s3c_lcd->fix.type     = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;     //默認  
    s3c_lcd->fix.visual   = FB_VISUAL_TRUECOLOR; /* TFT 真彩色*/
    s3c_lcd->fix.line_length = 240*2;  //每行的長度，以字節為單位 
    
    /* 2.2 設置可變的參數 */
    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 = 16;  //每個象素使用多少位 16bit

    /* RGB:565 */
    s3c_lcd->var.red.offset     = 11;
    s3c_lcd->var.red.length     = 5;
    
    s3c_lcd->var.green.offset   = 5;
    s3c_lcd->var.green.length   = 6;

    s3c_lcd->var.blue.offset    = 0;
    s3c_lcd->var.blue.length    = 5;

    s3c_lcd->var.activate       = FB_ACTIVATE_NOW;//使設置的值立即生效
    
    
    /* 2.3 設置操作函數 */
    s3c_lcd->fbops              = &s3c_lcdfb_ops;
    
    /* 2.4 其他的設置 */
    s3c_lcd->pseudo_palette = pseudo_palette;//存放調色板所調顏色的數組
    //s3c_lcd->screen_base  = ;  /* 顯存的虛擬地址 */ 
    s3c_lcd->screen_size   = 240*324*16/8;//顯存的大小

    /* 3. 硬件相關的操作 */
    /* 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設置為輸出引腳 */
    *gpbcon |= 1;
    *gpbdat &= ~1;     /* 輸出低電平，關閉背光* */

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

    /* bit[17:8]: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2], LCD手冊P14
     *            10MHz(100ns) = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]
     *            CLKVAL = 4
     * bit[6:5]: 0b11, TFT LCD
     * bit[4:1]: 0b1100, 16 bpp for TFT
     * bit[0]  : 0 = Disable the video output and the LCD control signal.
     */
    lcd_regs->lcdcon1  = (4<<8) | (3<<5) | (0x0c<<1);

#if 1
    /* 垂直方向的時間參數
     * bit[31:24]: VBPD, VSYNC之后再過多長時間才能發出第1行數據
     *             LCD手冊 T0-T2-T1=4
     *             VBPD=3
     * bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
     * bit[13:6] : VFPD, 發出最后一行數據之后，再過多長時間才發出VSYNC
     *             LCD手冊T2-T5=322-320=2, 所以VFPD=2-1=1
     * bit[5:0]  : VSPW, VSYNC信號的脈沖寬度, LCD手冊T1=1, 所以VSPW=1-1=0
     */
    lcd_regs->lcdcon2  = (3<<24) | (319<<14) | (1<<6) | (0<<0);


    /* 水平方向的時間參數
     * bit[25:19]: HBPD, VSYNC之后再過多長時間才能發出第1行數據
     *             LCD手冊 T6-T7-T8=17
     *             HBPD=16
     * bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
     * bit[7:0] : HFPD, 發出最后一行里最后一個象素數據之后，再過多長時間才發出HSYNC
     *             LCD手冊T8-T11=251-240=11, 所以HFPD=11-1=10
     */
    lcd_regs->lcdcon3 = (16<<19) | (239<<8) | (10<<0);

    /* 水平方向的同步信號
     * bit[7:0]    : HSPW, HSYNC信號的脈沖寬度, LCD手冊T7=5, 所以HSPW=5-1=4
     */    
    lcd_regs->lcdcon4 = 4;
//lcd寄存器配置的另一種寫法
#else 
lcd_regs->lcdcon2 =    S3C2410_LCDCON2_VBPD(5) | \
        S3C2410_LCDCON2_LINEVAL(319) | \
        S3C2410_LCDCON2_VFPD(3) | \
        S3C2410_LCDCON2_VSPW(1);

lcd_regs->lcdcon3 =    S3C2410_LCDCON3_HBPD(10) | \
        S3C2410_LCDCON3_HOZVAL(239) | \
        S3C2410_LCDCON3_HFPD(1);

lcd_regs->lcdcon4 =    S3C2410_LCDCON4_MVAL(13) | \
        S3C2410_LCDCON4_HSPW(0);

#endif
    /* 信號的極性 
     * bit[11]: 1=565 format
     * bit[10]: 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
     * bit[9] : 1 = HSYNC信號要反轉,即低電平有效 
     * bit[8] : 1 = VSYNC信號要反轉,即低電平有效 
     * bit[6] : 0 = VDEN不用反轉
     * bit[3] : 0 = PWREN輸出0
     * bit[1] : 0 = BSWP
     * bit[0] : 1 = HWSWP 2440手冊P413
     */
    lcd_regs->lcdcon5 = (1<<11) | (0<<10) | (1<<9) | (1<<8) | (1<<0);
    
    /* 3.3 分配顯存(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);  //對應內存起始地址的 A[30:1] ，則起始地址右移1位，&0x3fffffff 共30位
    lcd_regs->lcdsaddr2  = ((s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len) >> 1) & 0x1fffff;
    lcd_regs->lcdsaddr3  = (240*16/16);  /* 一行的長度(單位: 2字節) */    
    
    //s3c_lcd->fix.smem_start = xxx;  /* 顯存的物理地址 */
    /* 啟動LCD */
    lcd_regs->lcdcon1 |= (1<<0); /* 使能LCD控制器 */
    lcd_regs->lcdcon5 |= (1<<3); /* 使能LCD本身 */
    *gpbdat |= 1;     /* 輸出高電平, 使能背光 */        

    /* 4. 注冊 */
    register_framebuffer(s3c_lcd);    
    return 0;
}
static void lcd_exit(void)
{
    unregister_framebuffer(s3c_lcd);
    lcd_regs->lcdcon1 &= ~(1<<0); /* 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);//3為虛擬地址
    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");

---

LCD寄存器配置分析：

1、lcdcon1 寄存器配置

 /* bit[17:8]: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2], LCD手冊P14
  *            10MHz(100ns) = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]
  *            CLKVAL = 4
  * bit[6:5]: 0b11, TFT LCD
  * bit[4:1]: 0b1100, 16 bpp for TFT
  * bit[0]  : 0 = Disable the video output and the LCD control signal.
  */
 lcd_regs->lcdcon1  = (4<<8) | (3<<5) | (0x0c<<1);

查看2440說明書，找到lcdcon1 寄存器，確定每一位的取值：

1）bit[17:8]  VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2]計算CLKVAL的值，首先使用# dmesg命令查看內核打印信息，獲取HCLK為100MHz。

查看液晶屏的芯片手冊Clock cycle time 可知：VCLK = 100ns ==> 10MHz，從而可知 10=100/[(CLKVAL+1) x 2]==> CLKVAL=4   bit[17:8]就是4；

2）bit[6:5]: 0b11, TFT LCD；

3）bit[0]  : 0  LCD信號輸出使能位禁止。

2、lcdcon2 

   /* 垂直方向的時間參數
      * bit[31:24]: VBPD, VSYNC之后再過多長時間才能發出第1行數據
      *             LCD手冊 T0-T2-T1=4
      *             VBPD=3
      * bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
      * bit[13:6] : VFPD, 發出最后一行數據之后，再過多長時間才發出VSYNC
      *             LCD手冊T2-T5=322-320=2, 所以VFPD=2-1=1
      * bit[5:0]  : VSPW, VSYNC信號的脈沖寬度, LCD手冊T1=1, 所以VSPW=1-1=0
*/
     lcd_regs->lcdcon2  = (3<<24) | (319<<14) | (1<<6) | (0<<0);

lcdcon2 寄存器，確定每一位的取值：

1) * bit[31:24]: 垂直方向的時間參數 VBPD, 即VSYNC之后再過多長時間才能發出第1行數據。

查看2440 LCD控制器的手冊：

 根據LCD的芯片手冊：

 時間表：

由上圖可知：

VSPW+1=T1 ;  VBPD+1=T0-T2-T1;  則VSPW=0，VBPD=3；

2) bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319

3) bit[13:6] : VFPD, 發出最后一行數據之后，再過多長時間才發出VSYNC
                    VFPD+1=T2-T5=322-320, VFPD=1

4) bit[5:0]  : VSPW, VSYNC信號的脈沖寬度, VSPW=0。

 

3、lcdcon3

 /* 水平方向的時間參數

寄存器lcdcon3：

時序圖：

 

LCD芯片手冊時序圖：

 

1) bit[25:19]: HBPD, VSYNC之后再過多長時間才能發出第1行數據

　　HSPW+1=T7；則HSPW=4；

　　HBPD+1= T6-T7-T8=17，HBPD=16；
2)  bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
3)  bit[7:0] : HFPD, 發出最后一行里最后一個象素數據之后，再過多長時間才發出HSYNC
　　HFPD+1=T8-T11=251-240=11, 所以HFPD=10
4、lcdcon4

寄存器：

  /* 水平方向的同步信號
  * bit[7:0] : HSPW, HSYNC信號的脈沖寬度，HSPW+1=T7，HSPW=4
  */ 

---

 三、編譯測試

 第一種方法：

1) make menuconfig去掉原來的驅動程序

  -->Device Drivers

       -->Graphics support

         <M>S3C2410 LCD framebuffer support

 2) 編譯內核和模塊 

    # make uImage

    # make modules //把用到的程序編譯成模塊運行

3）編譯lcd驅動為模塊，將生成的lcd.ko和driver/video目錄下用到的cfbcopyarea.ko、cfbfillrect.ko、 cfbimgblt.ko （lcd驅動程序中的fb_ops會用到）拷貝到/work/nfs_root/first_fs/lcd_test目錄下。

4) 燒寫uImage並啟動開發板，並加載模塊：

# nfs 30000000 10.70.12.103:/work/nfs_root/uImage_nolcd  

# bootm 30000000

掛載：

（# ifconfig eth0 10.70.12.168 配置網卡eth0的ip）

# mount -t nfs -o nolock,vers=2 10.70.12.103:/work/nfs_root/ /mnt

# cd /mnt/first_fs/lcd_test/

加載驅動： 

# insmod cfbcopyarea.ko 

# insmod cfbfillrect.ko

# insmod cfbimgblt.ko

# insmod lcd.ko

使用# ls /dev/fb* ,可以看到設備節點：/dev/fb0.

5) echo hello > /dev/tty1  // 可以在LCD上看見hello

    cat lcd.ko > /dev/fb0   // 花屏 

第二種測試方法：

1）修改/etc/inittab (添加：tty1::askfirst:-/bin/sh) 輸出到tty1（對應為顯示屏）//將/bin/sh信息輸出到tty1中；

類似於：s3c2410_serial0::askfirst:-/bin/sh 輸出到串口。

用新內核重啟開發板

insmod cfbcopyarea.ko

insmod cfbfillrect.ko

insmod cfbimgblt.ko

insmod lcd.ko

insmod buttons.ko

可以看到Please。。。。。。。。。等一行字符

接着，將以前的USB鍵盤驅動，加載：# insmod ../usb_keyboard.ko

 插上鍵盤后，可以在LCD顯示終端控制信息：