S3c2410驱动学习心得.docx
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S3c2410驱动学习心得
S3c2410LCD驱动学习心得
一 实验内容简要描述
1.实验目的
学会驱动程序的编写方法,配置S3C2410的LCD驱动,以及在LCD屏上显示包括bmp和jpeg两种格式的图片
2.实验内容
(1)分析S3c2410实验箱LCD以及LCD控制器的硬件原理,据此找出相应的硬件设置参数,参考xcale实验箱关于lcd的设置,完成s3c2410实验箱LCD的设置
(2)在LCD上显示一张BMP图片或JPEG图片
3.实验条件(软硬件环境)
PC机、S3C2410开发板、PXA255开发板
二 实验原理
1. S3C2410内置LCD控制器分析
1.1 S3C2410LCD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。
S3C2410LCD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(SystemBus)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VIDEOMUX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TFTLCDpanel。
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16bitRGB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CPULCD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
2.1 FrameBuffer
Linux是工作在保护模式下,所以用户态进程是无法像DOS那样使用显卡BIOS里提供的中断调用来实现直接写屏,Linux仿显卡的功能,将显卡抽象出FrameBuffer这个设备来供用户态进程实现直接写屏。
Framebuffer机制模卡硬件结构抽象掉,可以通过Framebuffer的读写直接对显存进行操作。
用户可以将Framebuffer看成是显示内存的一个映像,将其映射到进程地址空间之后,就可以直接进行读写操作,而写操作可以立即反应在屏幕上。
这种操作是抽象的,统一的。
用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。
这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。
在Linux系统下,FrameBuffer的主要的结构如图所示。
Linux为了开发FrameBuffer程序的方便,使用了分层结构。
fbmem.c处于Framebuffer设备驱动技术的中心位置。
它为上层应用程序提供系统调用,也为下一层的特定硬件驱动提供接口;那些底层硬件驱动需要用到这儿的接口来向系统内核注册它们自己。
fbmem.c为所有支持FrameBuffer的设备驱动提供了通用的接口,避免重复工作。
下将介绍fbmem.c主要的一些数据结构。
2.2 数据结构
2.2.1 LinuxFrameBuffer的数据结构
在FrameBuffer中,fb_info可以说是最重要的一个结构体,它是Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口。
它不仅包含了底层函数,而且还有记录设备状态的数据。
每个帧缓冲设备都与一个fb_info结构相对应。
fb_info的主要成员如下
structfb_info{
intnode;
structfb_var_screeninfovar; /*Currentvar*/
structfb_fix_screeninfofix; /*Currentfix*/
structfb_videomode*mode; /*currentmode*/
structfb_ops*fbops;
structdevice*device; /*Thisistheparent*/
structdevice*dev; /*Thisisthisfbdevice*/
char__iomem*screen_base; /*Virtualaddress*/
unsignedlongscreen_size; /*AmountofioremappedVRAMor0*/
…………
};
其中node成员域标示了特定的FrameBuffer,实际上也就是一个FrameBuffer设备的次设备号。
fb_var_screeninfo结构体成员记录用户可修改的显示控制器参数,包括屏幕分辨率和每个像素点的比特数。
fb_var_screeninfo中的xres定义屏幕一行有多少个点,yres定义屏幕一列有多少个点,bits_per_pixel定义每个点用多少个字节表示。
其他域见以下代码注释。
structfb_var_screeninfo{
__u32xres; /*visibleresolution*/
__u32yres;
__u32xoffset; /*offsetfromvirtualtovisible*/
__u32yoffset; /*resolution*/
__u32bits_per_pixel; /*bits/pixel*/
__u32pixclock; /*pixelclockinps(picoseconds)*/
__u32left_margin; /*timefromsynctopicture */
__u32right_margin; /*timefrompicturetosync */
__u32hsync_len; /*lengthofhorizontalsync */
__u32vsync_len; /*lengthofverticalsync */
…………
};
在fb_info结构体中,fb_fix_screeninfo中记录用户不能修改的显示控制器的参数,如屏幕缓冲区的物理地址,长度。
当对帧缓冲设备进行映射操作的时候,就是从fb_fix_screeninfo中取得缓冲区物理地址的。
structfb_fix_screeninfo{
charid[16]; /*identificationstringeg"TTBuiltin"*/
unsignedlongsmem_start; /*Startofframebuffermem(physicaladdress)*/
__u32smem_len; /*Lengthofframebuffermem*/
unsignedlongmmio_start; /*StartofMemMappedI/O(physicaladdress)*/
__u32mmio_len; /*LengthofMemoryMappedI/O */
…………
};
fb_info还有一个很重要的域就是fb_ops。
它是提供给底层设备驱动的一个接口。
通常我们编写字符驱动的时候,要填写一个file_operations结构体,并使用register_chrdev()注册之,以告诉Linux如何操控驱动。
当我们编写一个FrameBuffer的时候,就要依照LinuxFrameBuffer编程的套路,填写fb_ops结构体。
这个fb_ops也就相当于通常的file_operations结构体。
structfb_ops{
int(*fb_open)(structfb_info*info,intuser);
int(*fb_release)(structfb_info*info,intuser);
ssize_t(*fb_read)(structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos);
ssize_t(*fb_write)(structfile*file,constchar__user*buf,size_tcount,
loff_t*ppos);
int(*fb_set_par)(structfb_info*info);
int(*fb_setcolreg)(unsignedregno,unsignedred,unsignedgreen,
unsignedblue,unsignedtransp,structfb_info*info);
int(*fb_setcmap)(structfb_cmap*cmap,structfb_info*info)
int(*fb_mmap)(structfb_info*info,structvm_area_struct*vma);
……………
}
上面的结构体,根据函数的名字就可以看出它的作用,这里不在一一说明。
下图给出了LinuxFrameBuffer的总体结构,作为这一部分的总结。
图2.2
2.2.2 S3C2410中LCD的数据结构
在S3C2410的LCD设备驱动中,定义了s3c2410fb_info来标识一个LCD设备,结构体如下:
structs3c2410fb_info{
structfb_info *fb;
structdevice *dev;
structs3c2410fb_mach_info*mach_info;
structs3c2410fb_hw regs; /*LCDHardwareRegs*/
dma_addr_t map_dma; /*physical*/
u_char* map_cpu; /*virtual*/
u_int map_size;
/*addressesofpiecesplacedinrawbuffer*/
u_char* screen_cpu; /*virtualaddressofbuffer*/
dma_addr_t screen_dma; /*physicaladdressofbuffer*/
…………
};
成员变量fb指向我们上面所说明的fb_info结构体,代表了一个FrameBuffer。
dev则表示了这个LCD设备。
map_dma,map_cpu,map_size这三个域向了开辟给LCDDMA使用的内存地址。
screen_cpu,screen_dma指向了LCD控制器映射的内存地址。
另外regs标识了LCD控制器的寄存器。
structs3c2410fb_hw{
unsignedlong lcdcon1;
unsignedlong lcdcon2;
unsignedlong lcdcon3;
unsignedlong lcdcon4;
unsignedlong lcdcon5;
};
这个寄存器和硬件的寄存器一一对应,主要作为实际寄存器的映像,以便程序使用。
这个s3c2410fb_info中还有一个s3c2410fb_mach_info成员域。
它存放了和体系结构相关的一些信息,如时钟、LCD设备的GPIO口等等。
这个结构体定义为
structs3c2410fb_mach_info{
unsignedchar fixed_syncs; /*donotupdatesync/border*/
int type; /*LCDtypes*/
int width; /*Screensize*/
int height;
structs3c2410fb_valxres; /*Screeninfo*/
structs3c2410fb_valyres;
structs3c2410fb_valbpp;
structs3c2410fb_hw regs; /*lcdconfigurationregisters*/
/*GPIOs*/
unsignedlong gpcup;
unsignedlong gpcup_mask;
unsignedlong gpccon;
unsignedlong gpccon_mask;
…………
};
图2.3
上图表示了S3C2410驱动的整体结构,反映了结构体之间的相互关系
2.3 主要代码结构以及关键代码分析
2.3.1 FrameBuffer驱动的统一管理
fbmem.c实现了LinuxFrameBuffer的中间层,任何一个FrameBuffer驱动,在系统初始化时,必须向fbmem.c注册,即需要调用register_framebuffer()函数,在这个过程中,设备驱动的信息将会存放入名称为registered_fb数组中,这个数组定义为
structfb_info*registered_fb[FB_MAX];
intnum_registered_fb;
它是类型为fb_info的数组,另外num_register_fb则存放了注册过的设备数量。
我们分析一下register_framebuffer的代码。
intregister_framebuffer(structfb_info*fb_info)
{
inti;
structfb_eventevent;
structfb_videomodemode;
if(num_registered_fb==FB_MAX) return-ENXIO; /*超过最大数量*/
num_registered_fb++;
for(i=0;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*/ } ………… return0; } 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。 ) staticintfb_open(structinode*inode,structfile*file){ intfbidx=iminor(inode); structfb_info*info; intres; /*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); } returnres; } 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S3C2410LCD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。 staticstructs3c2410fb_mach_infosmdk2410_lcd_cfg={ .regs={ .lcdcon1=S3C241
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