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时间:2009-07-01 来源: 作者:dancerwen 一 实验内容简要描述 1. S3C2410内置LCD控制器分析 1.1 S3C2410 LCD控制器 一 块LCD屏显示图像，不但需要LCD驱动器，还需要有相应的LCD控制器。通常LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD 玻璃基板制作在一起，而LCD控制器则由外部电路来实现。而S3C2410内部已经集成了LCD控制器，因此可以很方便地去控制各种类型的LCD屏，例 如：STN和TFT屏。S3C2410 LCD控制器的特性如下： （1）STN屏 支持3种扫描方式：4bit单扫、4位双扫和8位单扫 支持单色、4级灰度和16级灰度屏 支持256色和4096色彩色STN屏（CSTN） 支持分辩率为640*480、320*240、160*160以及其它规格的多种LCD （2）TFT屏 支持单色、4级灰度、256色的调色板显示模式 支持64K和16M色非调色板显示模式 支持分辩率为640*480，320*240及其它多种规格的LCD 对于控制TFT屏来说，除了要给它送视频资料（VD[23:0]）以外，还有以下一些信号是必不可少的，分别是： VSYNC（VFRAME） ：帧同步信号 HSYNC（VLINE） ：行同步信号 VCLK ：像数时钟信号 VDEN（VM） ：数据有效标志信号 由于本项目所用的S3C2410上的LCD是TFT屏，并且TFT屏将是今后应用的主流，因此接下来，重点围绕TFT屏的控制来进行。 图1.1是S3C2410内部的LCD控制器的逻辑示意图：  图1.1 REGBANK 是LCD控制器的寄存器组，用来对LCD控制器的各项参数进行设置。而 LCDCDMA 则是LCD控制器专用的DMA信道，负责将视频资料从系统总线（System Bus）上取来，通过 VIDPRCS 从VD[23:0]发送给LCD屏。同时 TIMEGEN 和 LPC3600 负责产生 LCD屏所需要的控制时序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后从 VIDEO MUX 送给LCD屏。 1.2 TFT屏时序分析 图 1.2是TFT屏的典型时序。其中VSYNC是帧同步信号，VSYNC每发出1个脉冲，都意味着新的1屏视频资料开始发送。而HSYNC为行同步信号，每 个HSYNC脉冲都表明新的1行视频资料开始发送。而VDEN则用来标明视频资料的有效，VCLK是用来锁存视频资料的像数时钟。 并且在帧同步以 及行同步的头尾都必须留有回扫时间，例如对于VSYNC来说前回扫时间就是（VSPW+1）＋（VBPD+1），后回扫时间就是（VFPD +1）；HSYNC亦类同。这样的时序要求是当初CRT显示器由于电子枪偏转需要时间，但后来成了实际上的工业标准，乃至于后来出现的TFT屏为了在时序 上于CRT兼容，也采用了这样的控制时序。  图1.2 S3C2410实验箱上的LCD是一款3.5寸TFT真彩LCD屏，分辩率为240*320，下图为该屏的时序要求。  图1.3 通过对比图1.2和图1.3，我们不难看出： VSPW+1=2 -> VSPW=1 VBPD+1=2 -> VBPD=1 LINVAL+1=320-> LINVAL=319 VFPD+1=3 -> VFPD=2 HSPW+1=4 -> HSPW=3 HBPD+1=7 -> HBPW=6 HOZVAL+1=240-> HOZVAL=239 HFPD+1=31 -> HFPD=30 以上各参数，除了LINVAL和HOZVAL直接和屏的分辩率有关，其它的参数在实际操作过程中应以上面的为参考，不应偏差太多。 1.3 LCD控制器主要寄存器功能详解  图1.4 LINECNT ：当前行扫描计数器值，标明当前扫描到了多少行。 CLKVAL ：决定VCLK的分频比。LCD控制器输出的VCLK是直接由系统总线（AHB）的工作频率HCLK直接分频得到的。做为240*320的TFT屏，应保证得出的VCLK在5~10MHz之间。 MMODE ：VM信号的触发模式（仅对STN屏有效，对TFT屏无意义）。 PNRMODE ：选择当前的显示模式，对于TFT屏而言，应选择[11]，即TFT LCD panel。 BPPMODE ：选择色彩模式，对于真彩显示而言，选择16bpp（64K色）即可满足要求。 ENVID ：使能LCD信号输出。  图1.5 VBPD ， LINEVAL ， VFPD ， VSPW 的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。  图1.6 HBPD ， HOZVAL ， HFPD 的各项含义已经在前面的时序图中得到体现。  图1.7 HSPW 的含义已经在前面的时序图中得到体现。 MVAL 只对 STN屏有效，对TFT屏无意义。 HSPW 的含义已经在前面的时序图中得到体现，这里不再赘述。 MVAL 只对 STN屏有效，对TFT屏无意义。   图1.8 VSTATUS ：当前VSYNC信号扫描状态，指明当前VSYNC同步信号处于何种扫描阶段。 HSTATUS ：当前HSYNC信号扫描状态，指明当前HSYNC同步信号处于何种扫描阶段。 BPP24BL ：设定24bpp显示模式时，视频资料在显示缓冲区中的排列顺序（即低位有效还是高位有效）。对于16bpp的64K色显示模式，该设置位无意义。 FRM565 ：对于16bpp显示模式，有2中形式，一种是RGB＝5:5:5:1，另一种是5:6:5。后一种模式最为常用，它的含义是表示64K种色彩的16bit RGB资料中，红色（R）占了5bit，绿色（G）占了6bit，兰色（B）占了5bit INVVCLK ， INVLINE ， INVFRAME ， INVVD ：通过前面的时序图，我们知道，CPU的LCD控制器输出的时序默认是正脉冲，而LCD需要VSYNC（VFRAME）、VLINE（HSYNC）均为负 脉冲，因此 INVLINE 和 INVFRAME 必须设为“1 ”，即选择反相输出。 INVVDEN ， INVPWREN ， INVLEND 的功能同前面的类似。 PWREN 为LCD电源使能控制。在CPU LCD控制器的输出信号中，有一个电源使能管脚LCD_PWREN，用来做为LCD屏电源的开关信号。 ENLEND 对普通的TFT屏无效，可以不考虑。 BSWP 和 HWSWP 为字节（Byte）或半字（Half-Word）交换使能。由于不同的GUI对FrameBuffer（显示缓冲区）的管理不同，必要时需要通过调整 BSWP 和 HWSWP 来适应GUI。 2. Linux 驱动 num_registered_fb++; for (i = 0 ; i < FB_MAX; i++) if (!registered_fb[i]) break; /* 找到空余的数组空间 */ fb_info->node = i; fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device, MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i); /* 为设备建立设备节点 */ if (IS_ERR(fb_info->dev)) { ………… } else{ fb_init_device(fb_info); /* 初始化改设备 */ } ………… return 0; } 从 上面的代码可知，当FrameBuffer驱动进行注册的时候，它将驱动的fb_info结构体记录到全局数组registered_fb中，并动态建立 设备节点，进行设备的初始化。注意，这里建立的设备节点的次设备号就是该驱动信息在registered_fb存放的位置，即数组下标i 。在完成注册之后，fbmem.c就记录了驱动的fb_info。这样我们就有可能实现fbmem.c对全部FrameBuffer驱动的统一处理。 2.3.2 实现消息的分派 fbmem.c实现了对系统全部FrameBuffer设备的统一管理。当用户尝试使用一个特定的FrameBuffer时，fbmem.c怎么知道该调用那个特定的设备驱动呢？ 我 们知道，Linux是通过主设备号和次设备号，对设备进行唯一标识。不同的FrameBuffer设备向fbmem.c注册时，程序分配给它们的主设备号 是一样的，而次设备号是不一样的。于是我们就可以通过用户指明的次设备号，来觉得具体该调用哪一个FrameBuffer驱动。下面通过分析 fbmem.c的fb_open()函数来说明。（注：一般我们写FrameBuffer驱动不需要实现open函数，这里只是说明函数流程。） static int fb_open(struct inode *inode, struct file *file){ int fbidx = iminor(inode); struct fb_info *info; int res; /* 得到真正驱动的函数指针 */ if (!(info = registered_fb[fbidx])) return -ENODEV; if (info->fbops->fb_open) { res = info->fbops->fb_open(info,1); //调用驱动的open() if (res) module_put(info->fbops->owner); } return res; } 当 用户打开一个FrameBuffer设备的时，将调用这里的fb_open()函数。传进来的inode就是欲打开设备的设备号，包括主设备和次设备号。 fb_open函数首先通过iminor()函数取得次设备号，然后查全局数组registered_fb得到设备的fb_info信息，而这里面存放了 设备的操作函数集fb_ops。这样，我们就可以调用具体驱动的fb_open() 函数，实现open的操作。下面给出了一个LCD驱动的open() 函数的调用流程图，用以说明上面的步骤。  图2.4 2.3.3 开发板S3C2410 LCD驱动的流程 （1）在mach-smdk2410.c中，定义了初始的LCD参数。注意这是个全局变量。 static struct s3c2410fb_mach_info smdk2410_lcd_cfg = { .regs= { .lcdcon1 = S3C2410_LCDCON1_TFT16BPP | S3C2410_LCDCON1_TFT| S3C2410_LCDCON1_CLKVAL(7), ...... }, .width = 240, .height = 320, .xres = {.min = 240,.max= 240,.defval = 240}, .bpp = {.min = 16, .max= 16, .defval = 16}, ...... }; （2）内核初始化时候调用s3c2410fb_probe函数。下面分析这个函数的做的工作。首先先动态分配s3c2410fb_info空间。 fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info),&pdev->dev); 把域mach_info指向mach-smdk2410.c中的smdk2410_lcd_cfg 。 info->mach_info = pdev->dev.platform_data; 设置fb_info域的fix，var，fops字段。 fbinfo->fix.type = FB_TYPE_PACKED_PIXELS; fbinfo->fix.type_aux = 0; fbinfo->fix.xpanstep = 0; fbinfo->var.nonstd = 0; fbinfo->var.activate = FB_ACTIVATE_NOW; fbinfo->var.height = mach_info->height; fbinfo->var.width = mach_info->width; fbinfo->fbops = &s3c2410fb_ops; …… 该函数调用s3c2410fb_map_video_memory()申请DMA内存，即显存。 fbi->map_size = PAGE_ALIGN(fbi->fb->fix.smem_len + PAGE_SIZE); fbi->map_cpu = dma_alloc_writecombine(fbi->dev, fbi->map_size, &fbi->map_dma, GFP_KERNEL); fbi->map_size = fbi->fb->fix.smem_len; ……. 设置控制寄存器，设置硬件寄存器。 memcpy(&info->regs, &mach_info->regs,sizeof(info->regs)); info->regs.lcdcon1 &= ~S3C2410_LCDCON1_ENVID; ………. 调用函数s3c2410fb_init_registers()，把初始值写入寄存器。 writel(fbi->regs.lcdcon1, S3C2410_LCDCON1); writel(fbi->regs.lcdcon2, S3C2410_LCDCON2); （3）当用户调用mmap()映射内存的时候，Fbmem.c把刚才设置好的显存区域映射给用户。 start = info->fix.smem_start; len = PAGE_ALIGN( (start & ~PAGE_MASK) + info->fix.smem_len); io_remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, off >> PAGE_SHIFT, vma->vm_end - vma->vm_start,vma->vm_page_prot)； …… 这样就完成了驱动初始化到用户调用的整个过程。 3. BMP和JPEG图形显示程序 3.1 在LCD上显示BMP或JPEG图片的主流程图 首先，在程序开始前。要在nfs/dev目录下创建LCD的设备结点，设备名fb0,设备类型为字符设备，主设备号为29，次设备号为0。命令如下： mknod fb0 c 29 0 在 LCD上显示图象的主流程图如图3.1所示。程序一开始要调用open函数打开设备，然后调用ioctl获取设备相关信息，接下来就是读取图形文件数据， 把图象的RGB值映射到显存中，这部分是图象显示的核心。对于JPEG格式的图片，要先经过JPEG解码才能得到RGB数据，本项目中直接才用现成的 JPEG库进行解码。对于bmp格式的图片，则可以直接从文件里面提取其RGB数据。要从一个bmp文件里面把图片数据阵列提取出来，首先必须知道bmp 文件的格式。下面来详细介绍bmp文件的格式。  图3.1 3.2 bmp位图格式分析 位图文件可看成由四个部分组成：位图文件头、位图信息头、彩色表和定义位图的字节阵列。如图3.2所示。  图3.2 文件头中各个段的地址及其内容如图3.3。  图3.3 位图文件头数据结构包含BMP图象文件的类型，显示内容等信息。它的数据结构如下定义： Typedef struct { int bfType；//表明位图文件的类型，必须为BM long bfSize；//表明位图文件的大小，以字节为单位 int bfReserved1；//属于保留字，必须为本0 int bfReserved2；//也是保留字，必须为本0 long bfOffBits；//位图阵列的起始位置，以字节为单位 } BITMAPFILEHEADER； 图3.4 位图文件头的数据结构 （2）信息头中各个段的地址及其内容如图3.5所示。  图3.5 位图信息头的数据结构包含了有关BMP图象的宽，高，压缩方法等信息，它的C语言数据结构如图3.6所示。 Typedef struct { long biSize； //指出本数据结构所需要的字节数 long biWidth；//以象素为单位，给出BMP图象的宽度 long biHeight；//以象素为单位，给出BMP图象的高度 int biPlanes；//输出设备的位平面数，必须置为1 int biBitCount；//给出每个象素的位数 long biCompress；//给出位图的压缩类型 long biSizeImage；//给出图象字节数的多少 long biXPelsPerMeter；//图像的水平分辨率 long biYPelsPerMeter；//图象的垂直分辨率 long biClrUsed；//調色板中图象实际使用的颜色素数 long biClrImportant；//给出重要颜色的索引值 } BITMAPINFOHEADER； 图3.6 BITMAPINFOHEADER数据结构 （3）对于象素小于或等于16位的图片，都有一个颜色表用来给图象数据阵列提供颜色索引，其中的每块数据都以B、G、R的顺序排列，还有一个是reserved保留位。而在图形数据区域存放的是各个象素点的索引值。它的C语言结构如图3.7所示。  图3.7 颜色表数据结构 （4）对于24位和32位的图片，没有彩色表，他在图象数据区里直接存放图片的RGB数据，其中的每个象素点的数据都以B、G、R的顺序排列。每个象素点的数据结构如图3.8所示。  图3.8 图象数据阵列的数据结构 （5）由于图象数据阵列中的数据是从图片的最后一行开始往上存放的，因此在显示图象时，是从图象的左下角开始逐行扫描图象，即从左到右，从下到上。 （6） 对S3C2410或PXA255开发板上的LCD来说，他们每个象素点所占的位数为16位，这16位按B：G：R=5：6：5的方式分，其中B在最高 位，R在最低位。而从bmp图象得到的R、G、B数据则每个数据占8位，合起来一共24位，因此需要对该R、G、B数据进行移位组合成一个16位的数据。 移位方法如下： b >>= 3; g >>= 2; r >>= 3; RGBValue = ( r<<11 | g << 5 | b); 基于以上分析，提取各种类型的bmp图象的流程如图3.9所示  图 3.9 3.3 实现显示任意大小的图片 开发板上的LCD屏的大小是固定的，S3C2410上的LCD为：240*320，PXA255上的为：640*480。比屏幕小的图片在屏上显示当然没问题，但是如果图片比屏幕大呢？这就要求我们通过某种算法对图片进行缩放。 缩放的基本思想是将图片分成若干个方块，对每个方块中的R、G、B数据进行取平均，得到一个新的R、G、B值，这个值就作为该方块在LCD屏幕上的映射。 缩放的算法描述如下： (1)、计算图片大小与LCD屏大小的比例，以及方块的大小。为了适应各种屏幕大小，这里并不直接给lcd_width和lcd_height赋值为240和320。而是调用标准的接口来获取有关屏幕的参数。具体如下： // Get variable screen information if (ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)) { printf("Error reading variable information. "); exit(3); } unsigned int lcd_width=vinfo.xres; unsigned int lcd_height=vinfo.yres; 计算比例： widthScale=bmpi->width/lcd_width; heightScale=bmpi->height/lcd_height; 本程序中方块的大小以如下的方式确定： unsigned int paneWidth= unsigned int paneHeight= ; 符号 代表向上取整。 (2)、 从图片的左上角开始，以(i* widthScale，j* heightScale)位起始点，以宽paneWidth 高paneHeight为一个小方块，对该方块的R、G、B数值分别取平均，得到映射点的R、G、B值，把该点作为要在LCD上显示的第（i , j）点存储起来。 这部分的程序如下： //-------------取平均-------- for( i=0;i<now_height;i++) { for(j=0;j<now_width;j++) { color_sum_r=0; color_sum_g=0; color_sum_b=0; for(m=i*heightScale;m<i*heightScale+paneHeight;m++) { for(n=j*widthScale;n<j*widthScale+paneWidth;n++) { color_sum_r+=pointvalue[m][n].r; color_sum_g+=pointvalue[m][n].g; color_sum_b+=pointvalue[m][n].b; } } RGBvalue_256->r=div_round(color_sum_r,paneHeight*paneWidth); RGBvalue_256->g=div_round(color_sum_g,paneHeight*paneWidth); RGBvalue_256->b=div_round(color_sum_b,paneHeight*paneWidth); } } 3.4 图片数据提取及显示的总流程 通过以上的分析，整个图片数据提取及显示的总流程如图3.10 所示。  图 3.10 三 实验过程与结果 四 实验心得体会 五 参考文献 |
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