S3c2440触摸屏毕业设计报告书.docx
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S3c2440触摸屏毕业设计报告书
HEBEIUNITEDUNIVERSITY
毕业设计说明书
GRADUATEDESIGN(THESIS)
摘要
根据IEEE(电气和电子工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”(devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。
从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。
目前国内一个普遍被认同的定义是:
以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
随着信息化,智能化,网络化的发展,嵌入式系统的广泛应用已经渗入到我们日常生活的各个方面。
在手机、MP3、MP4、PDA、数码相机、电视机,甚至电饭锅、手表里都有嵌入式系统的身影,工业自动化控制、仪器仪表、汽车、航空航天等领域更是嵌入式系统的天下。
据统计:
每年全球嵌入式系统带来的相关工业产值已经超过1万亿美元。
随着多功能手机、便携式多媒体播放机、数码相机、HDTV和机顶盒等新兴产品逐渐获得市场的认可,嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增。
本设计实现了以S3C2440处理器为硬件,为可移植的嵌入式linux系统编写TFT-LCD屏系统驱动技术。
该驱动基于linux系统帧缓冲技术,既实现驱动底层S3C2440的LCD控制器又为上层应用程序提供系统调用的接口API。
关键词:
S3C2440处理器,LCD控制器,嵌入式linux系统,帧缓冲设备驱动,LCD设备驱动
Abstract
AccordingtothedefinitionbyIEEE(InstituteofElectricalandElectronicEngineers),embeddedsystemreferstoakindofdevicethatusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryanddevice.Itshowsthattheembeddedsystemisacomplexofthesoftwareandcontainaccessorydeviceslikemachineryandsoon.Atpresent,domesticagenerallyrecognizeddefinitionindomesticisthataspecialcomputersystemthatcenteredonapplicationandbasedoncomputertechnology,inwhichboththesoftwareandbecutting,andalsofitsomestrictdemandsoftheapplicationsystemontheaspectoffunction,reliability,cost,volume,powerconsumption.
Alongwiththedevelopmentofinformatization,intellectualizationandnetworked,theembeddedsystemeveryaspectofourdailylife.Itcanbeappliedinmobilephones,MP3,MP4,PDA,digitalcamera,television,andevenelectriccookerandwatches,andalsoitismostlyappliedtosuchfieldasIndustrialautomationcontrol,instrumentation,automotive,aerospace.
Accordingtostatistics,therelatedindustrialoutputbroughtbytheembeddedsystem$1trillionannuallyallaroundtheworld.Asthemultifunctionalcellphone,portablemultimediaplayer,digitalcamera,HDTVandset-topboxesandotheremergingproductsaregraduallypopularinthemarket,therequirementofembeddedsystemisincreasingatanrateof30%annually.
Thedesigninthisarticlesystemdrivertechnology.AndthisdriverisbasedonLinuxframebufferingsystem,whichrealizesS3C2440LCDcontrollerthatinthebottomofdrivenandalsoprovidesapisinterfacesofapplicationsystemcallfortheupper.
Keywords:
S3C2440processor,LCDcontroller,embeddedLinuxsystem,theframebufferdevicedrivers,LCDdevicedriver
摘要I
AbstractII
绪论1
第1章三星嵌入式处理器:
S3C24406
1.1S3C2440处理器概述6
1.2特性7
1.2.1体系结构7
1.2.2系统管理8
1.2.3高速缓存存储器8
1.2.4时钟和电源管理9
1.2.5中断控制器9
1.2.6RCT(实时时钟)9
1.2.7AD转换器和触屏接口10
1.2.8看门狗定时器11
1.2.9IIS总线接口11
1.2.10USB主机(Host)12
1.2.11SPI接口12
1.2.12工作电压范围13
1.3引脚的名称作用13
1.4信号端描述29
第2章TTF-LCD触摸屏的显示原理及其控制器36
2.1TFT—LCD触摸屏的显示器原理36
2.2TFT—LCD的显示控制37
2.3LCD控制器接口信号39
2.4扫描方式39
2.5TFTLCD控制器操作40
2.5.1调色板读写41
2.5.2临时调色板配制42
2.5.3虚拟显示(TFT)42
2.5.4LCD电源使能(TFT)42
第3章TFT-LCD触摸屏的原理44
3.1触摸屏的分类44
3.2触摸屏的控制原理45
3.3编程思路46
第4章linux系统下驱动的软件实现47
4.1嵌入式linux系统典型构成47
4.2linux设备驱动简介47
4.3linux的帧缓冲设备驱动(Framebuffer)49
4.4LCD驱动程序结构49
4.5LCD驱动函数实现50
4.6linux设备驱动的移植52
第5章烧写linux系统54
5.1uboot烧写54
5.2烧写NandFlash启动的uboot59
5.3Linux内核的烧写63
5.4cramfs根文件系统的烧写64
第6章嵌入式Linux开发环境的建立65
6.1建立tftp服务器。
65
6.2建立nfs服务器66
6.3交叉编译链的安装67
第7章编写的开发板程序70
7.1产品介绍70
7.2程序介绍70
总结72
参考文献73
谢辞74
绪论
ARM是AdvancedRISCMachines的缩写,是微处理器行业的一家知名企业,该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC处理器、相关技术及软件。
ARM技术有很好的性能和功效,其合作伙伴包括世界许多顶级的半导体公司。
目前,共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议,其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、PHILIPS和国家半导体这样的大公司。
可以说,ARM不仅仅代表一个公司,代表了一类微处理器,代表了一种技术,还代表了一种新型的产业发展模式。
ARM公司开发了一系列ARM处理器核。
目前最新的系列已经是ARM11了。
ARM6及更早的系列已经罕见了,ARM7以后的核也不是都获得广泛应用。
目前应用最多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10系列、SecurCore系列、Intel的StrongARM、XScale系列。
ARM7系列:
包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Iazelle的ARM7EJ-S。
该系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备,包括Internet设备、网络和调制解调器设备以及移动电话、PDA等无线设备。
ARM9系列:
包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。
该系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、PDA、网络电脑以及带有MP3音频和MPEG4视频多媒体格式的智能电话中。
ARM9E系列:
为综合处理器,包括ARM926EJ-S、带有高速缓存处理宏单元的ARM966E-SARM946E-S。
该系列强化了数字信号处理功能,可应用于需要DSP与微控制器结合使用的情况,将Thumb技术和DSP都扩展到ARM指令集中,并具有EmbeddedICE-RT逻辑,更好地适应了实时系统的开发需要。
ARM10系列:
包括ARM1020E和ARM1020E微处理器核。
其核心在于使用向量浮点(VFP)单元VFP10提供高性能的浮点解决方案,从而极大地提高了处理器的整型和浮点运算性能,为用户界面的2D和3D图形引擎应用夯实基础,如视频游戏机和高性能打印机等。
SecurCore系列:
包括SC100、SC110、SC200和SC210处理器核。
该系列主要针对新兴的安全市场,以一种全新的安全处理器设计为智能卡和其他安全IC开发提供独特的32位系统设计,并具有特定的反伪造方法,从而有助于防止对硬件和软件的盗版。
StrongARM系列:
StrongARM处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融为一体,致力于为手提式通信和消费电子类设备提供理想的解决方案。
Xscale系列:
提供全性能、高性价比和低功耗的解决方案,支持16位Thumb指令和DSP指令。
1.ARM微处理器的特点
采用RISC体系架构的ARM微处理器一般有如下特点:
(1)体积小、低功耗、低成本、高性能;
(2)支持Thumb(16位)ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位16位器件;
(3)大量使用寄存器,指令执行速度更快;
(4)大多数数据操作都在寄存器中完成;
(5)寻址方式灵活简单,执行效率高;
(6)指令长度固定。
2.ARM微处理器的指令结构
ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集:
ARM指令集和Thumb指令集。
其中,ARM指令为32位的长度,Thumb指令为16位长度。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集,但与等价的ARM代码相比较,可节省30%-40%以上的存储空间,同时具备32位代码的所有优点。
现在,嵌入式技术无处不在,ARM几乎成为嵌入式技术的代名词。
作为一种1632位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器,ARM微处理器目前已经成为应用广泛的嵌入式微处理器。
ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。
(1)工业控制领域:
作为32位的RISC架构,基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展,ARM控制器的低功耗、高性价比,向传统的8位16位微控制器提出了挑战。
(2)无线通讯领域:
目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术,ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。
(3)网络应用:
随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。
此外,ARM在语音及视频处理上进行了优化,并获得广泛支持,也对DSP的应用领域提出了挑战。
(4)消费类电子产品:
ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛应用。
(5)成像和安全产品:
现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。
手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。
除此以外,ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域,并会在将来取得更加广泛的应用。
3.嵌入式系统产业化发展
市场需求为嵌入式系统产业化发展注入巨大推动力。
嵌入式系统的市场是巨大的,市场需求是嵌入式系统产业化发展的巨大推动力。
据报告,10%~20%的计算机芯片是为台式或便携式电脑设计的,80%~90%的计算机芯片是为嵌入式设备设计的,这意味着每年有10亿至20亿个CPU是为嵌入式设备设计制造的。
2003年,全球嵌入式系统产品的产值已达2000亿美元,估计全世界嵌入式系统产品潜在的市场将超过10000亿美元。
世界范围内嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元。
随着信息技术的飞速发展,人们对电子产品的智能化,便捷化,人性化要求也不断地提高,触摸屏作为一种人性化得输入输出设备,在我国的应用范围非常的广阔,是依附有吸引力的多媒体交互设备。
目前,触摸屏的要求动力主要来自于消费电子产品,如手机,PDA,便携式导航设备,MP4,数码相机,平板电脑等。
随着触摸屏的技术不断地发展,他在其他电子产品种的应用也会得到不断地延伸的。
嵌入式触摸屏装置是人机交互的设备,一般触摸屏安装在液晶显示频上面,利用微处理器对触摸屏也液晶显示屏进行控制,实现触摸屏对液晶显示屏的可控制,方便,直观,取代了传统的键盘输入和鼠标的操作,它与鼠标这类的点对定位系统的本质区别是一次到位的直观性。
TFT技术是二十世纪九十年代发展起来的,采用新材料和新工艺的大规模半导体全集成电路制造技术,是液晶(LC)、无机和有机薄膜电致发光(EL和OEL)平板显示器的基础。
TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上(当然也可以在晶片上)通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜,通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路(LSIC)。
采用非单晶基板可以大幅度地降低成本,是传统大规模集成电路向大面积、多功能、低成本方向的延伸。
在大面积玻璃或塑料基板上制造控制像元(LC或OLED)开关性能的TFT比在硅片上制造大规模IC的技术难度更大。
对生产环境的要求(净化度为100级),对原材料纯度的要求(电子特气的纯度为99.999985%),对生产设备和生产技术的要求都超过半导体大规模集成,是现代大生产的顶尖技术。
TFT-LCD的主要优点
随着九十年代初TFT技术的成熟,彩色液晶平板显示器迅速发展,不到10年的时间,TFT-LCD迅速成长为主流显示器,这与它具有的优点是分不开的。
主要特点是:
(1)使用特性好
低压应用,低驱动电压,固体化使用安全性和可靠性提高;平板化,又轻薄,节省了大量原材料和使用空间;低功耗,它的功耗约为CRT显示器的十分之一,反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右,节省了大量的能源;TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化,品种多样,使用方便灵活、维修、更新、升级容易,使用寿命长等许多特点。
显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影大平面,是全尺寸显示终端;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率,高彩色保真度,高亮度,高对比度,高响应速度的各种规格型号的视频显示器;显示方式有直视型,投影型,透视式,也有反射式。
(2)环保特性好
无辐射、无闪烁,对使用者的健康无损害。
特别是TFT-LCD电子书刊的出现,将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代,引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。
(3)适用范围宽
从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用,经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。
既可作为移动终端显示,台式终端显示,又可以作大屏幕投影电视,是性能优良的全尺寸视频显示终端。
(4)制造技术的自动化程度高
大规模工业化生产特性好。
TFT-LCD产业技术成熟,大规模生产的成品率达到90%以上。
(5)TFT-LCD易于集成化和更新换代
是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合,继续发展潜力很大。
目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD,将来会有其它材料的TFT,既有玻璃基板的又有塑料基板。
第1章三星嵌入式处理器:
S3C2440
1.1S3C2440处理器概述
S3C2440是韩国三星公司的一款基于ARM920T内核的1632位RISC嵌入式微处理器,主要面向手持设备以及高性价比,低功耗的应用。
运行的频率可以达到400MHz。
ARM920T核由ARM9TDMI,存储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成。
其中MMU可以管理虚拟内存,高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成ARM920T有两个协处理器:
CP14和CP15。
CP14用于调试控制,CP15用于存储系统控制以及测试控制。
S3C2440的资源包括:
●1.2V内核供电,1.8V2.5V3.3V储存器供电,3.3V外部IO供电,具备16KB的指令缓存和16KB的数据缓存和MMU的微处理器
●外部存储控制器(SDRAM控制和片选逻辑)
●LCD控制器(最大支持4K色STN和256K色TFT)提供1通道LCD专用DMA
●4通道DMA并有外部请求引脚
●3通道UART(IrDA1.0,64字节发送FIFO和64字节接收FIFO)
●2通道SPI
●1通道IIC总线接口(支持多主机)
●1通道IIS总线音频编码器接口
●AC’97编解码器接口
●兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版
●2通道USB主机1通道USB设备(1.1版)
●4通道PWM定时器和1通道内部定时器看门狗定时器
●8通道10位ADC和触摸屏接口
●具有日历功能的RTC
●摄像头接口(最大支持4096×4096像素输入;2048×2048像素输入支持缩放)
●130个通用IO口和24通道外部中断源
●具有普通,慢速,空闲和掉电模式
●具有PLL片上时钟发生器
图1s3c2440开发板的结构图
1.2特性
1.2.1体系结构
●手持设备的完整系统和普通嵌入式应用
●1632位RISC体系架构和ARM920TCPU核心的强大的指令集
●增强型ARM架构MMU以支持WinCE,EPOC32和Linux
●指令高速缓存,数据高速缓存,写缓冲和物理地址TAGRAM以减少执行主存储器带宽和延迟性能的影响
●ARM920TCPU核支持ARM调试架构
●内部先进微控制器总线架构(AMBA)(AMBA2.0,AHBAPB)
1.2.2系统管理
●支持大小端
●地址空间:
每Bank128M字节(总共1G字节)
●支持可编程的每Bank81632位数据总线宽度
●BANK0到BANK6固定Bank的起始地址
●BANK7具有可编程Bank起始地址和大小
●8个存储器Bank
●六个存储器Bank为ROM,SRAM和其它
●两个存储器Bank为ROMSRAMSDRAM
●所有存储器具备完整可编程访问周期
●支持外部等待信号来扩展总线周期
●支持SDRAM掉电时自刷新模式
●支持从各种类型ROM启动(NORNANDFlash,EEPROM或其它)NANDFlash启动引导(BootLoader)
●支持从NANDFlash启动
●4KB的启动内部缓冲区
●支持启动后NANDflash作为存储器
1.2.3高速缓存存储器
●64路指令缓存(16KB)和数据缓存(16KB)的组相联高速缓存
●每行8字长度,其中含一个有效位和两个dirty位
●伪随机或循环robin置换算法
●执行直写或回写高速缓存刷新主存储器
●写缓冲区可以保存16字的数据和4个地址
1.2.4时钟和电源管理
●片上MPLL和UPLL:
UPLL产生时钟运作USB主机设备
MPLL产生时钟运作1.3V下最高400MHz的MCU
●用软件可以有选择的提供时钟给各功能模块
●电源模式:
普通、慢速、空闲和睡眠模式
普通模式:
正常运行模式
慢速模式:
无PLL的低频率时钟
空闲模式:
只停止CPU的时钟
睡眠模式:
关闭包括所有外设的核心电源
●EINT[15:
0]或RTC闹钟中断触发从睡眠模式中唤醒
1.2.5中断控制器
●60个中断源(1个看门狗,5个定时器,9个UART,24个外部中断,4个DMA,2个RTC,2个ADC,1个IIC,2个SPI,1个SDI,2个USB,1个LCD,1个电池故障,1个NAND,2个摄像头,1个AC’97)
●外部中断源中电平边沿模式
●可编程边沿和电平的极性
●支持快速中断请求(FIQ)给非常紧急的中断请求脉宽调制(PWM)定时器
●4通道16位具有PWM功能的定时器,1通道16位基于DMA或基于中断运行的内部定时器
●可编程的占空比,频率和极性
●能产生死区
●支持外部时钟源。
1.2.6RCT(实时时钟)
●完整时钟特性:
毫秒、秒、分、时、星期、日、月和年
●工作在32.768KHz时钟频率
●闹钟中断
●时钟节拍中断通用输入输出端口
●24个外部中断端口
●130个复用输入输出端口DMA控制器
●4通道DMA控制器
●支持存储器到存储器,IO口到存储器,存储器到IO口和IO口到IO口的传输
●采用触发传输模式来提高传输速率UART
●3通道基于DMA或基于中断运行的UART
●支持5位、6位、7位、或8位串行数据发送接收
●支持UART运行在外部时钟(UEXTCLK)
●可编程波特率
●支持IrDA1.0
●测试用回环模式
●每个通道都包含内部64位发送FIFO和64位接收FIFO
1.2.7AD转换器和触屏接口
●
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