LCD驱动程序

学习目标：熟悉TFT LCD的概念，分层驱动工作原理和程序编写。

一、LCD 概念

1.  显示器数据组织格式

1）一幅图像成为一帧，每帧由多行组成，每行由多个像素组成。每个像素的颜色由若干位表示，对于256色LCD，每个像素由8位表示，称为8BPP。

2）显示器呈Z字行的路线进行扫描显示，使用HSYNC、VSYNC控制扫描和跳转的路径；

2、操作过程

1）设置LCD的HSYNC、VSYNC\VCLK等信号的参数，并将帧内存的地址告诉LCD控制器，塔克自动的发起DMA传输，从帧内存中得到图像数据，出现在数据总线VD[23:0]上。我们只需要将显示的图像数据写入帧内存中即可。

2）图像数据的存储：

例如：由三原色组建的256色（8BPP）显示模式，使用8位数据表示一个像素的颜色。但特殊的是，这8位数据用于表示在调色板中的索引值。这里的调色板使用256*16的内存，即使用16BPP的显示格式来表示对应各个索引值的颜色。因此，最终在LCD显示的仍为16BPP的数据。

内存数据和像素对应的关系为：

其中，P1、P2...为一个个的像素。

像素在调色板中的数据存放模式16BPP分为两种格式：5：6：5和5：5：5：1.即：

二、LCD驱动

1、帧缓冲设备

frambuffer设备层是对显示设备的一种抽象。其中，帧缓冲是Linux为显示设备提供的一个接口，它把一些显示设备描述成一个缓冲区，允许应用程序通过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。

2、LCD作为一种帧缓冲设备，也是一种标准的字符型设备，对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。

3、驱动结构

首先分析一下driver/video/fbmem.c

1）进入__init fbmem_init（入口函数），主要创建了字符设备“fb”和类，利用cat 命令查看（cat /proc/devices）,可看到该目录下的fb，主设备号为29。由于还没有注册LCD驱动，所以没有设备节点，

 static int __init fbmem_init(void)
 {
     create_proc_read_entry("fb", , NULL, fbmem_read_proc, NULL);
     //创建字符设备"fb"
     if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))
         printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR);

     fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics"); //创建类graphics"
     if (IS_ERR(fb_class)) {
         printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld\n", PTR_ERR(fb_class));
         fb_class = NULL;
     }
     return ;
 }

2）fb_fops结构体及open函数

 static const struct file_operations fb_fops = {
     .owner =    THIS_MODULE,
     .read  =    fb_read,
     .write =    fb_write,
     .ioctl =    fb_ioctl,
 #ifdef CONFIG_COMPAT
     .compat_ioctl = fb_compat_ioctl,
 #endif
     .mmap =       fb_mmap,
     .open =       fb_open,
     .release =    fb_release,
 #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA
     .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
 #endif
 #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
     .fsync =    fb_deferred_io_fsync,
 #endif
 };

-->fb_open函数:

 static int fb_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
     int fbidx = iminor(inode); //取出设备次设备号
     struct fb_info *info;    //定义一个fb_info结构体
     int res = ;

     if (fbidx >= FB_MAX)
         return -ENODEV;
 #ifdef CONFIG_KMOD
     if (!(info = registered_fb[fbidx])) // 在次设备里面得到fb_info结构信息(lcd的驱动信息)赋值给info
         try_to_load(fbidx);
 #endif /* CONFIG_KMOD */
     if (!(info = registered_fb[fbidx]))
         return -ENODEV;
     if (!try_module_get(info->fbops->owner))
         return -ENODEV;
     file->private_data = info;
     if (info->fbops->fb_open) {    //如果该设备info结构体有open函数，就执行registered_fb[fbidx]->fbops->fb_open
         res = info->fbops->fb_open(info,);
         if (res)
             module_put(info->fbops->owner);
     }
     return res;
 }

由于fb设备(帧缓冲设备)主设备号固定，不同设备以次设备号进行区分，执行该设备open函数时，最终指向的是对应设备的open函数。

接下来看一下fb_read函数：

 static ssize_t
 fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
 {
     unsigned long p = *ppos;
     struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
     int fbidx = iminor(inode);               //取出设备次设备号
     struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];  //定义并获取设备的fb_info结构体
     u32 *buffer, *dst;
     u32 __iomem *src;
     int c, i, cnt = , err = ;
     unsigned long total_size;

     if (!info || ! info->screen_base)
         return -ENODEV;

     if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
         return -EPERM;

     if (info->fbops->fb_read)
         return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos); //如果该设备fb_info结构体有read函数，就执行registered_fb[fbidx]->fbops->fb_read

     total_size = info->screen_size;

     if (total_size == )
         total_size = info->fix.smem_len;

     if (p >= total_size)
         return ;

     if (count >= total_size)
         count = total_size;

     if (count + p > total_size)
         count = total_size - p;

     buffer = kmalloc((count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count,
              GFP_KERNEL);
     if (!buffer)
         return -ENOMEM;

     src = (u32 __iomem *) (info->screen_base + p);

     if (info->fbops->fb_sync)
         info->fbops->fb_sync(info);

     while (count) {
         c  = (count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count;
         dst = buffer;
         for (i = c >> ; i--; )
             *dst++ = fb_readl(src++);
         if (c & ) {
             u8 *dst8 = (u8 *) dst;
             u8 __iomem *src8 = (u8 __iomem *) src;

             for (i = c & ; i--;)
                 *dst8++ = fb_readb(src8++);

             src = (u32 __iomem *) src8;
         }

         if (copy_to_user(buf, buffer, c)) {
             err = -EFAULT;
             break;
         }
         *ppos += c;
         buf += c;
         cnt += c;
         count -= c;
     }
     kfree(buffer);
     return (err) ? err : cnt;
 }

由以上程序可知，read的调用和open类似。都依赖于对应设备的fb_info结构体info，在程序中是由registered_fb[fbidx]数组获取的。
3）最后，看一下registered_fb[fbidx]数组的定义，位于register_framebuffer函数中。

 int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
 {
     int i;
     struct fb_event event;
     struct fb_videomode mode;

     if (num_registered_fb == FB_MAX)
         return -ENXIO;
     num_registered_fb++;
     for (i =  ; i < FB_MAX; i++)
         if (!registered_fb[i])
             break;
     fb_info->node = i;

     fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);//创建设备节点，名称为fbi，主设备号为FB_MAJOR 29，次设备号为i
     if (IS_ERR(fb_info->dev)) {
         /* Not fatal */
         printk(KERN_WARNING "Unable to create device for framebuffer %d; errno = %ld\n", i, PTR_ERR(fb_info->dev));
         fb_info->dev = NULL;
     } else
         fb_init_device(fb_info);

     if (fb_info->pixmap.addr == NULL) {
         fb_info->pixmap.addr = kmalloc(FBPIXMAPSIZE, GFP_KERNEL);
         if (fb_info->pixmap.addr) {
             fb_info->pixmap.size = FBPIXMAPSIZE;
             fb_info->pixmap.buf_align = ;
             fb_info->pixmap.scan_align = ;
             fb_info->pixmap.access_align = ;
             fb_info->pixmap.flags = FB_PIXMAP_DEFAULT;
         }
     }
     fb_info->pixmap.offset = ;

     if (!fb_info->pixmap.blit_x)
         fb_info->pixmap.blit_x = ~(u32);

     if (!fb_info->pixmap.blit_y)
         fb_info->pixmap.blit_y = ~(u32);

     if (!fb_info->modelist.prev || !fb_info->modelist.next)
         INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);

     fb_var_to_videomode(&mode, &fb_info->var);
     fb_add_videomode(&mode, &fb_info->modelist);
     registered_fb[i] = fb_info; //赋值到registered_fb[i]数组中

     event.info = fb_info;
     fb_notifier_call_chain(FB_EVENT_FB_REGISTERED, &event);
     return ;
 }

接下来看一下fb硬件驱动程序，以/drivers/video/s3c2410fb.c为例。

1）驱动入口

 static struct platform_driver s3c2410fb_driver = {
     .probe        = s3c2410fb_probe,
     .remove        = s3c2410fb_remove,
     .suspend    = s3c2410fb_suspend,
     .resume        = s3c2410fb_resume,
     .driver        = {
         .name    = "s3c2410-lcd",
         .owner    = THIS_MODULE,
     },
 };

 int __devinit s3c2410fb_init(void)
 {
     return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);
 }

 static void __exit s3c2410fb_cleanup(void)
 {
     platform_driver_unregister(&s3c2410fb_driver);
 }

2）当平台设备的驱动和设备匹配后，会直接调用prob函数。

 static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)
 {
     struct s3c2410fb_info *info;
     struct fb_info       *fbinfo;
     struct s3c2410fb_hw *mregs;
     int ret;
     int irq;
     int i;
     u32 lcdcon1;

     mach_info = pdev->dev.platform_data;  //获取lcd设备信息
     if (mach_info == NULL) {
         dev_err(&pdev->dev,"no platform data for lcd, cannot attach\n");
         return -EINVAL;
     }
     fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev); //分配fb_info结构体
     if (!fbinfo) {
         return -ENOMEM;
     }
　　　　　//设置fb_info结构体
     info = fbinfo->par;
     info->fb = fbinfo;
     info->dev = &pdev->dev;

     platform_set_drvdata(pdev, fbinfo);
     dprintk("devinit\n");
     strcpy(fbinfo->fix.id, driver_name);
     memcpy(&info->regs, &mach_info->regs, sizeof(info->regs));
     /* Stop the video and unset ENVID if set */
     info->regs.lcdcon1 &= ~S3C2410_LCDCON1_ENVID;
     lcdcon1 = readl(S3C2410_LCDCON1);
     writel(lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_ENVID, S3C2410_LCDCON1);

     info->mach_info            = pdev->dev.platform_data;

     fbinfo->fix.type        = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
     fbinfo->fix.type_aux        = ;
     fbinfo->fix.xpanstep        = ;
     fbinfo->fix.ypanstep        = ;
     fbinfo->fix.ywrapstep        = ;
     fbinfo->fix.accel        = FB_ACCEL_NONE;
     fbinfo->fbops            = &s3c2410fb_ops;
     fbinfo->flags            = FBINFO_FLAG_DEFAULT;
     fbinfo->pseudo_palette      = &info->pseudo_pal;

     fbinfo->var.upper_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VBPD(mregs->lcdcon2) + ;
     fbinfo->var.lower_margin    = S3C2410_LCDCON2_GET_VFPD(mregs->lcdcon2) + ;
     fbinfo->var.vsync_len        = S3C2410_LCDCON2_GET_VSPW(mregs->lcdcon2) + ;

     fbinfo->var.left_margin        = S3C2410_LCDCON3_GET_HFPD(mregs->lcdcon3) + ;
     fbinfo->var.right_margin    = S3C2410_LCDCON3_GET_HBPD(mregs->lcdcon3) + ;
     fbinfo->var.hsync_len        = S3C2410_LCDCON4_GET_HSPW(mregs->lcdcon4) + ;
      fbinfo->fix.smem_len        =    mach_info->xres.max *
                     mach_info->yres.max *
                     mach_info->bpp.max / ;

     for (i = ; i < ; i++)
         info->palette_buffer[i] = PALETTE_BUFF_CLEAR;

     if (!request_mem_region((unsigned long)S3C24XX_VA_LCD, SZ_1M, "s3c2410-lcd")) {
         ret = -EBUSY;
         goto dealloc_fb;
     }
     dprintk("got LCD region\n");
    //硬件相关的操作，中断、时钟....
     ret = request_irq(irq, s3c2410fb_irq, IRQF_DISABLED, pdev->name, info);
     if (ret) {
         dev_err(&pdev->dev, "cannot get irq %d - err %d\n", irq, ret);
         ret = -EBUSY;
         goto release_mem;
     }

     info->clk = clk_get(NULL, "lcd");
     if (!info->clk || IS_ERR(info->clk)) {
         printk(KERN_ERR "failed to get lcd clock source\n");
         ret = -ENOENT;
         goto release_irq;
     }

     clk_enable(info->clk);
     dprintk("got and enabled clock\n");

     msleep();

     /* Initialize video memory */
     ret = s3c2410fb_map_video_memory(info);
     if (ret) {
         printk( KERN_ERR "Failed to allocate video RAM: %d\n", ret);
         ret = -ENOMEM;
         goto release_clock;
     }
     ret = register_framebuffer(fbinfo);//注册fb_info结构体
     if (ret < ) {
         printk(KERN_ERR "Failed to register framebuffer device: %d\n", ret);
         goto free_video_memory;
     }

     /* create device files */
     device_create_file(&pdev->dev, &dev_attr_debug);

     printk(KERN_INFO "fb%d: %s frame buffer device\n",
         fbinfo->node, fbinfo->fix.id);

     return ;

 free_video_memory:
     s3c2410fb_unmap_video_memory(info);
 release_clock:
     clk_disable(info->clk);
     clk_put(info->clk);
 release_irq:
     free_irq(irq,info);
 release_mem:
      release_mem_region((unsigned long)S3C24XX_VA_LCD, S3C24XX_SZ_LCD);
 dealloc_fb:
     framebuffer_release(fbinfo);
     return ret;
 }

小结：

根据驱动结构和程序源码分析可知，lcd驱动程序需要完成以下几部分：

1）分配一个fb_info结构体：由函数framebuffer_alloc() 完成 ;

2）设置fb_info结构体;

3）注册fb_info：register_framebuffer();

4）硬件相关的操作