LCD驱动(FrameBuffer)实例开发讲解
一、开发环境
- 主 机:VMWare--Fedora 9
- 开发板:Mini2440--64MB Nand, Kernel:2.6.30.4
- 编译器:arm-linux-gcc-4.3.2
二、背景知识
VSYNC/VFRAME/STV:垂直同步信号(TFT)/帧同步信号(STN)/SEC TFT信号; |
A:显示指针从矩形左上角的第一行第一个点开始,一个点一个点的在LCD上显示,在上面的时序图上用时间线表示就为VCLK,我们称之为像素时钟信号; |
VBPD(vertical back porch):表示在一帧图像开始时,垂直同步信号以后的无效的行数,对应驱动中的upper_margin; |
LCDCON1:17 - 8位CLKVAL LCDCON2:31 - 24位VBPD LCDCON3:25 - 19位HBPD LCDCON4: 7 - 0位HSPW LCDCON5: |
FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备,从而不用去关心具体的硬件细节。对于帧缓冲设备而言,只要在显示缓冲区与显示点对应的区域写入颜色
值,对应的颜色就会自动的在屏幕上显示。下面来看一下在不同色位模式下缓冲区与显示点的对应关系:
三、帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动结构:
缓冲设备为标准的字符型设备,在Linux中主设备号29,定义在/include/linux/major.h中的FB_MAJOR,次设备号定义帧缓
冲的个数,最大允许有32个FrameBuffer,定义在/include/linux/fb.h中的FB_MAX,对应于文件系统下/dev
/fb%d设备文件。
1. 帧缓冲设备驱动在Linux子系统中的结构如下:
我
们从上面这幅图看,帧缓冲设备在Linux中也可以看做是一个完整的子系统,大体由fbmem.c和xxxfb.c组成。向上给应用程序提供完善的设备文
件操作接口(即对FrameBuffer设备进行read、write、ioctl等操作),接口在Linux提供的fbmem.c文件中实现;向下提供
了硬件操作的接口,只是这些接口Linux并没有提供实现,因为这要根据具体的LCD控制器硬件进行设置,所以这就是我们要做的事情了(即xxxfb.c
部分的实现)。
2. 帧缓冲相关的重要数据结构:
从
帧缓冲设备驱动程序结构看,该驱动主要跟fb_info结构体有关,该结构体记录了帧缓冲设备的全部信息,包括设备的设置参数、状态以及对底层硬件操作的
函数指针。在Linux中,每一个帧缓冲设备都必须对应一个fb_info,fb_info在/linux/fb.h中的定义如下:(只列出重要的一些)
fb_ops结构体是对底层硬件操作的函数指针,该结构体中定义了对硬件的操作有:(这里只列出了常用的操作)
struct fb_ops { struct module *owner; //检查可变参数并进行设置 //根据设置的值进行更新,使之有效 //设置颜色寄存器 //显示空白 //矩形填充 //复制数据 //图形填充 |
3. 帧缓冲设备作为平台设备:
在S3C2440中,LCD控制器被集成在芯片的内部作为一个相对独立的单元,所以Linux把它看做是一个平台设备,故在内核代码/arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中定义有LCD相关的平台设备及资源,代码如下:
除此之外,Linux还在/arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/fb.h中为LCD平台设备定义了一个
s3c2410fb_mach_info结构体,该结构体主要是记录LCD的硬件参数信息(比如该结构体的s3c2410fb_display成员结构中
就用于记录LCD的屏幕尺寸、屏幕信息、可变的屏幕参数、LCD配置寄存器等),这样在写驱动的时候就直接使用这个结构体。下面,我们来看一下内核是如果
使用这个结构体的。在/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中定义有:
/* LCD driver info */ //LCD硬件的配置信息,注意这里我使用的LCD是NEC 3.5寸TFT屏,这些参数要根据具体的LCD屏进行设置 //这个地方的设置是配置LCD寄存器5,这些宏定义在regs-lcd.h中,计算后二进制为:111111111111,然后对照数据手册上LCDCON5的各位来看,注意是从右边开始 .type = S3C2410_LCDCON1_TFT,//TFT类型 /* NEC 3.5'' */ //以下一些参数在上面的时序图分析中讲到过,各参数的值请跟据具体的LCD屏数据手册结合上面时序分析来设定 static struct s3c2410fb_mach_info smdk2440_fb_info __initdata = { .gpccon = 0xaaaa555a,//将GPC0、GPC1配置成LEND和VCLK,将GPC8-15配置成VD0-7,其他配置成普通输出IO口 .lpcsel = 0x0,//这个是三星TFT屏的参数,这里不用 |
注意:可能有很多朋友不知道上面红色部分的参数是做什么的,其值又是怎么设置的?其实它是跟你的开发板LCD控制器密切相关的,看了下面两幅图相信就大概知道他们是干什么用的:
上面第一幅图是开发板原理图的LCD控制器部分,第二幅图是S3c2440数据手册中IO端口C和IO端口D控制器部分。原理图中使用了
GPC8-15和GPD0-15来用做LCD控制器VD0-VD23的数据端口,又分别使用GPC0、GPC1端口用做LCD控制器的LEND和VCLK
信号,对于GPC2-7则是用做STN屏或者三星专业TFT屏的相关信号。然而,S3C2440的各个IO口并不是单一的功能,都是复用端口,要使用他们
首先要对他们进行配置。所以上面红色部分的参数就是把GPC和GPD的部分端口配置成LCD控制功能模式。
从以上讲述的内容来看,要使LCD控制器支持其他的LCD屏,重要的是根据LCD的数据手册修改以上这些参数的值。下面,我们再看一下在驱动中是如果引用
到s3c2410fb_mach_info结构体的(注意上面讲的是在内核中如何使用的)。在mach-smdk2440.c中有:
s3c24xx_fb_set_platdata定义在plat-s3c24xx/devs.c中:
这里再讲一个小知识:不知大家有没有留意,在平台设备驱动中,platform_data可以保存各自平台设备实例的数据,但这些数据的类型都是不同的,
为什么都可以保存?这就要看看platform_data的定义,定义在/linux/device.h中,void
*platform_data是一个void类型的指针,在Linux中void可保存任何数据类型。
四、帧缓冲(FrameBuffer)设备驱动实例代码:
#include <linux/kernel.h> #include <linux/slab.h> /*FrameBuffer设备名称*/ /*定义一个结构体用来维护驱动程序中各函数中用到的变量 struct s3c2410fb_hw regs; /*表示5个LCD配置寄存器,s3c2410fb_hw定义在mach-s3c2410/include/mach/fb.h中*/ /*定义一个数组来充当调色板。 u32 pseudo_pal[16]; /*用做清空调色板(颜色表)*/ /*LCD平台驱动结构体,平台驱动结构体定义在platform_device.h中,该结构体成员接口函数在第②步中实现*/ static int __init lcd_init(void) static void __exit lcd_exit(void) module_init(lcd_init); MODULE_LICENSE("GPL"); |
/*LCD FrameBuffer设备探测的实现,注意这里使用一个__devinit宏,到lcd_fb_remove接口函数实现的地方讲解*/ /*获取LCD硬件相关信息数据,在前面讲过内核使用s3c24xx_fb_set_platdata函数将LCD的硬件相关信息保存到 /*获得在内核中定义的FrameBuffer平台设备的LCD配置信息结构体数据*/ /*给fb_info分配空间,大小为my2440fb_var结构的内存,framebuffer_alloc定义在fb.h中在fbsysfs.c中实现*/ /*这里的用途其实就是将fb_info的成员par(注意是一个void类型的指针)指向这里的私有变量结构体fbvar, /*在系统定义的LCD平台设备资源中获取LCD中断号,platform_get_irq定义在platform_device.h中*/ /*获取LCD平台设备所使用的IO端口资源,注意这个IORESOURCE_MEM标志和LCD平台设备定义中的一致*/ /*申请LCD IO端口所占用的IO空间(注意理解IO空间和内存空间的区别),request_mem_region定义在ioport.h中*/ /*将LCD的IO端口占用的这段IO空间映射到内存的虚拟地址,ioremap定义在io.h中 /*从平台时钟队列中获取LCD的时钟,这里为什么要取得这个时钟,从LCD屏的时序图上看,各种控制信号的延迟 /*申请LCD中断服务,上面获取的中断号lcd_fb_irq,使用快速中断方式:IRQF_DISABLED /*首先初始化fb_info中代表LCD固定参数的结构体fb_fix_screeninfo*/ /*接着,再初始化fb_info中代表LCD可变参数的结构体fb_var_screeninfo*/ /*指定对底层硬件操作的函数指针, 因内容较多故其定义在第③步中再讲*/ /*初始化色调色板(颜色表)为空*/ for (i = 0; i < mach_info->num_displays; i++) /*fb缓存的长度*/ if(fbinfo->fix.smem_len < smem_len) /*初始化LCD控制器之前要延迟一段时间*/ /*初始化完fb_info后,开始对LCD各寄存器进行初始化,其定义在后面讲到*/ /*初始化完寄存器后,开始检查fb_info中的可变参数,其定义在后面讲到*/ /*最后,注册这个帧缓冲设备fb_info到系统中, register_framebuffer定义在fb.h中在fbmem.c中实现*/ /*对设备文件系统的支持(对设备文件系统的理解请参阅:嵌入式Linux之我行——设备文件系统剖析与使用) return 0; /*以下是上面错误处理的跳转点*/ err_nomap: err_noclk: err_noirq: err_nofb: err_video_nomem: return ret; /*LCD中断服务程序*/ /*LCD中断挂起寄存器基地址*/ /*读取LCD中断挂起寄存器的值*/ /*判断是否为中断挂起状态*/ /*设置帧已插入中断请求*/ return IRQ_HANDLED; /*填充调色板*/ fbvar->palette_ready = 0; for (i = 0; i < 256; i++) if (ent == PALETTE_BUFF_CLEAR) writel(ent, regs + S3C2410_TFTPAL(i)); if (readw(regs + S3C2410_TFTPAL(i)) == ent) /*LCD各寄存器进行初始化*/ /*从lcd_fb_probe探测函数设置的私有变量结构体中再获得LCD相关信息的数据*/ /*获得临时调色板寄存器基地址,S3C2410_TPAL宏定义在mach-s3c2410/include/mach/regs-lcd.h中。 /*在修改下面寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ /*这里就是在上一篇章中讲到的把IO端口C和D配置成LCD模式*/ /*恢复被屏蔽的中断*/ writel(0x00, tpal);/*临时调色板寄存器使能禁止*/ return 0; /*该函数实现修改GPIO端口的值,注意第三个参数mask的作用是将要设置的寄存器值先清零*/ tmp = readl(reg) & ~mask; /*检查fb_info中的可变参数*/ /*从lcd_fb_probe探测函数设置的平台数据中再获得LCD相关信息的数据*/ struct s3c2410fb_display *display = NULL; /*验证X/Y解析度*/ if (!display) /*配置LCD配置寄存器1中的5-6位(配置成TFT类型)和配置LCD配置寄存器5*/ /* 设置屏幕的虚拟解析像素和高度宽度 */ /* 设置时钟像素,行、帧切换值,水平同步、垂直同步长度值 */ /*设置透明度*/ /*根据色位模式(BPP)来设置可变参数中R、G、B的颜色位域。对于这些参数值的设置请参考CPU数据 return 0; /*申请帧缓冲设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*将分配的一个写合并DMA缓存区设置为LCD屏幕的虚拟地址(对于DMA请参考DMA相关知识) if (fbinfo->screen_base) /*将DMA缓冲区总线地址设成fb_info不可变参数中framebuffer缓存的开始位置*/ return fbinfo->screen_base ? 0 : -ENOMEM; /*释放帧缓冲设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*跟申请DMA的地方想对应*/ /*LCD FrameBuffer设备移除的实现,注意这里使用一个__devexit宏,和lcd_fb_probe接口函数相对应。 /*从系统中注销帧缓冲设备*/ /*停止LCD控制器的工作*/ /*延迟一段时间,因为停止LCD控制器需要一点时间 */ /*释放帧缓冲设备fb_info的显示缓冲区空间*/ /*将LCD平台数据清空和释放fb_info空间资源*/ /*释放中断资源*/ /*释放时钟资源*/ /*释放LCD IO空间映射的虚拟内存空间*/ /*释放申请的LCD IO端口所占用的IO空间*/ return 0; /*停止LCD控制器的工作*/ /*在修改下面寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ if (enable) writel(fbvar->regs.lcdcon1, fbvar->lcd_base + S3C2410_LCDCON1); /*恢复被屏蔽的中断*/ /*对LCD FrameBuffer平台设备驱动电源管理的支持,CONFIG_PM这个宏定义在内核中*/ /*停止LCD控制器的工作*/ msleep(1); /*停止时钟*/ return 0; static int lcd_fb_resume(struct platform_device *pdev) /*开启时钟*/ /*初始化LCD控制器之前要延迟一段时间*/ /*恢复时重新初始化LCD各寄存器*/ /*重新激活fb_info中所有的参数配置,该函数定义在第③步中再讲*/ /*正与挂起时讲到的那样,因为没保存挂起时LCD控制器的各种状态, return 0; fbinfo->flags = FBINFO_FLAG_DEFAULT; fbinfo->pseudo_palette = &fbvar->pseudo_pal; |
/*Framebuffer底层硬件操作各接口函数*/ /*设置fb_info中的参数,这里根据用户设置的可变参数var调整固定参数fix*/ /*判断可变参数中的色位模式,根据色位模式来设置色彩模式*/ /*设置fb_info中固定参数中一行的字节数,公式:1行字节数=(1行像素个数*每像素位数BPP)/8 */ /*修改以上参数后,重新激活fb_info中的参数配置(即:使修改后的参数在硬件上生效)*/ return 0; /*重新激活fb_info中的参数配置*/ /*获得fb_info可变参数*/ /*计算LCD控制寄存器1中的CLKVAL值, 根据数据手册中该寄存器的描述,计算公式如下: /*获得屏幕的类型*/ if (type == S3C2410_LCDCON1_TFT) --clkdiv; if (clkdiv < 0) if (clkdiv < 2) /*设置计算的LCD控制寄存器1中的CLKVAL值*/ /*将各参数值写入LCD控制寄存器1-5中*/ /*配置帧缓冲起始地址寄存器1-3*/ fbvar->regs.lcdcon1 |= S3C2410_LCDCON1_ENVID, /*计算LCD控制寄存器1中的CLKVAL值*/ /* 像素时钟单位是皮秒,而时钟的单位是赫兹,所以计算公式为: div >>= 12; /* div / 2^12 */ return div; /*根据数据手册按照TFT屏的要求配置LCD控制寄存器1-5*/ /*根据色位模式设置LCD控制寄存器1和5,参考数据手册*/ /*设置LCD配置寄存器2、3、4*/ regs->lcdcon3 = S3C2410_LCDCON3_HBPD(var->right_margin - 1) | regs->lcdcon4 = S3C2410_LCDCON4_HSPW(var->hsync_len - 1); /*根据数据手册按照STN屏的要求配置LCD控制寄存器1-5*/ int type = regs->lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_TFT; if (type != S3C2410_LCDCON1_STN4) /*根据色位模式设置LCD控制寄存器1,参考数据手册*/ regs->lcdcon3 = S3C2410_LCDCON3_WDLY(wdly) | regs->lcdcon4 = S3C2410_LCDCON4_WLH(wlh); /*配置帧缓冲起始地址寄存器1-3,参考数据手册*/ saddr1 = fbinfo->fix.smem_start >> 1; writel(saddr1, regs + S3C2410_LCDSADDR1); /*显示空白,blank mode有5种模式,定义在fb.h中,是一个枚举*/ /*根据显示空白的模式来设置LCD是开启还是停止*/ /*根据显示空白的模式来控制临时调色板寄存器*/ return 0; /*设置颜色表*/ switch (fbinfo->fix.visual) val = chan_to_field(red, &fbinfo->var.red); pal[regno] = val; writel(val, regs + S3C2410_TFTPAL(regno)); /*修改调色板*/ return 0; static inline unsigned int chan_to_field(unsigned int chan, struct fb_bitfield *bf) /*修改调色板*/ /*LCD中断挂起寄存器基地址*/ /*在修改中断寄存器值之前先屏蔽中断,将中断状态保存到flags中*/ fbvar->palette_buffer[regno] = val; /*判断调色板是否准备就像*/ /*使能中断屏蔽寄存器*/ /*恢复被屏蔽的中断*/ |
void __init s3c24xx_fb_set_platdata(struct s3c2410fb_mach_info *pd) npd = kmalloc(sizeof(*npd), GFP_KERNEL); //这里就是将内核中定义的s3c2410fb_mach_info结构体数据保存到LCD平台数据中,所以在写驱动的时候就可以直接在平台数据中获取s3c2410fb_mach_info结构体的数据(即LCD各种参数信息)进行操作 |
//S3C2440初始化函数 //调用该函数将上面定义的LCD硬件信息保存到平台数据中 platform_add_devices(smdk2440_devices, ARRAY_SIZE(smdk2440_devices)); |
/* LCD Controller */ //LCD控制器的资源信息 static u64 s3c_device_lcd_dmamask = 0xffffffffUL; struct platform_device s3c_device_lcd = { EXPORT_SYMBOL(s3c_device_lcd);//导出定义的LCD平台设备,好在mach-smdk2440.c的smdk2440_devices[]中添加到平台设备列表中 |
struct fb_info { #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT struct fb_ops *fbops; /*对底层硬件操作的函数指针*/ |
其中,比较重要的成员有struct fb_var_screeninfo var、struct fb_fix_screeninfo fix和struct fb_ops *fbops,他们也都是结构体。下面我们一个一个的来看。
fb_var_screeninfo结构体主要记录用户可以修改的控制器的参数,比如屏幕的分辨率和每个像素的比特数等,该结构体定义如下:
而fb_fix_screeninfo结构体又主要记录用户不可以修改的控制器的参数,比如屏幕缓冲区的物理地址和长度等,该结构体的定义如下:
struct fb_fix_screeninfo { |
struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres; /*可见屏幕一行有多少个像素点*/
__u32 yres; /*可见屏幕一列有多少个像素点*/
__u32 xres_virtual; /*虚拟屏幕一行有多少个像素点*/
__u32 yres_virtual; /*虚拟屏幕一列有多少个像素点*/
__u32 xoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的行偏移*/
__u32 yoffset; /*虚拟到可见屏幕之间的列偏移*/
__u32 bits_per_pixel; /*每个像素的位数即BPP*/
__u32 grayscale; /*非0时,指的是灰度*/
struct fb_bitfield red; /*fb缓存的R位域*/
struct fb_bitfield green; /*fb缓存的G位域*/
struct fb_bitfield blue; /*fb缓存的B位域*/
struct fb_bitfield transp; /*透明度*/
__u32 nonstd; /* != 0 非标准像素格式*/
__u32 activate;
__u32 height; /*高度*/
__u32 width; /*宽度*/
__u32 accel_flags;
/*定时:除了pixclock本身外,其他的都以像素时钟为单位*/
__u32 pixclock; /*像素时钟(皮秒)*/
__u32 left_margin; /*行切换,从同步到绘图之间的延迟*/
__u32 right_margin; /*行切换,从绘图到同步之间的延迟*/
__u32 upper_margin; /*帧切换,从同步到绘图之间的延迟*/
__u32 lower_margin; /*帧切换,从绘图到同步之间的延迟*/
__u32 hsync_len; /*水平同步的长度*/
__u32 vsync_len; /*垂直同步的长度*/
__u32 sync;
__u32 vmode;
__u32 rotate;
__u32 reserved[5]; /*保留*/
};
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