linux LCD驅動（一）–硬體分析

一  實驗內容簡要描述
1．實驗目的
學會驅動程式的編寫方法，配置S3C2410的LCD驅動，以及在LCD屏上顯示包括bmp和jpeg兩種格式的圖片
2．實驗內容
 （1）分析S3c2410實驗箱LCD以及LCD控制器的硬體原理，據此找出相應的硬體設定參數，參考xcale實驗箱關於lcd的設定，完成s3c2410實驗箱LCD的設定

 （2）在LCD上顯示一張BMP圖片或JPEG圖片
3．實驗條件（軟硬體環境）
PC機、S3C2410開發板、PXA255開發板

二  實驗原理
1.  S3C2410內建LCD控制器分析
1.1  S3C2410 LCD控制器
一塊LCD屏顯示映像，不但需要LCD磁碟機，還需要有相應的LCD控制器。通常LCD磁碟機會以COF/COG的形式與LCD 玻璃基板製作在一起，而LCD控制器則由外部電路來實現。而S3C2410內部已經整合了LCD控制器，因此可以很方便地去控制各種類型的LCD屏，例如：STN和TFT屏。S3C2410 LCD控制器的特性如下：
（1）STN屏
支援3種掃描方式：4bit單掃、4位雙掃和8位單掃
支援單色、4級灰階和16級灰階屏
支援256色和4096色彩色STN屏（CSTN）
支援分辯率為640*480、320*240、160*160以及其它規格的多種LCD
（2）TFT屏
支援單色、4級灰階、256色的調色盤顯示模式
支援64K和16M色非調色盤顯示模式
支援分辯率為640*480，320*240及其它多種規格的LCD
對於控制TFT屏來說，除了要給它送視頻資料（VD[23:0]）以外，還有以下一些訊號是必不可少的，分別是：
VSYNC（VFRAME） ：幀同步訊號
HSYNC（VLINE） ：行同步訊號
VCLK ：像數時鐘訊號
VDEN（VM） ：資料有效標誌訊號
由於本項目所用的S3C2410上的LCD是TFT屏，並且TFT屏將是今後應用的主流，因此接下來，重點圍繞TFT屏的控制來進行。
圖1.1是S3C2410內部的LCD控制器的邏輯：
 
圖1.1
REGBANK 是LCD控制器的寄存器組，用來對LCD控制器的各項參數進行設定。而 LCDCDMA 則是LCD控制器專用的DMA通道，負責將視頻資料從系統匯流排（System Bus）上取來，通過 VIDPRCS 從VD[23:0]發送給LCD屏。同時 TIMEGEN 和 LPC3600 負責產生 LCD屏所需要的控制時序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然後從 VIDEO MUX 送給LCD屏。 

1.2  TFT屏時序分析
圖1.2是TFT屏的典型時序。其中VSYNC是幀同步訊號，VSYNC每發出1個脈衝，都意味著新的1屏視頻資料開始發送。而HSYNC為行同步訊號，每個HSYNC脈衝都表明新的1行視頻資料開始發送。而VDEN則用來標明視頻資料的有效，VCLK是用來鎖存視頻資料的像數時鐘。
並且在幀同步以及行同步的頭尾都必須留有回掃時間，例如對於VSYNC來說前回掃時間就是（VSPW+1）＋（VBPD+1），後回掃時間就是（VFPD +1）；HSYNC亦類同。這樣的時序要求是當初CRT顯示器由於電子槍偏轉需要時間，但後來成了實際上的工業標準，乃至於後來出現的TFT屏為了在時序上於CRT相容，也採用了這樣的控制時序。
 
圖1.2
S3C2410實驗箱上的LCD是一款3.5寸TFT真彩LCD屏，分辯率為240*320，為該屏的時序要求。
 
圖1.3
通過對比圖1.2和圖1.3，我們不難看出：
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
以上各參數，除了LINVAL和HOZVAL直接和屏的分辯率有關，其它的參數在實際操作過程中應以上面的為參考，不應偏差太多。 

1.3  LCD控制器主要寄存器功能詳解
 
圖1.4
LINECNT ：當前行掃描計數器值，標明當前掃描到了多少行。
CLKVAL ：決定VCLK的分頻比。LCD控制器輸出的VCLK是直接由系統匯流排（AHB）的工作頻率HCLK直接分頻得到的。做為240*320的TFT屏，應保證得出的VCLK在5~10MHz之間。
MMODE ：VM訊號的觸發模式（僅對STN屏有效，對TFT屏無意義）。
PNRMODE ：選擇當前的顯示模式，對於TFT屏而言，應選擇[11]，即TFT LCD panel。
BPPMODE ：選擇色彩模式，對於真彩顯示而言，選擇16bpp（64K色）即可滿足要求。
ENVID ：使能LCD訊號輸出。
 
圖1.5
VBPD ， LINEVAL ， VFPD ， VSPW 的各項含義已經在前面的時序圖中得到體現。
 
圖1.6
HBPD ， HOZVAL ， HFPD 的各項含義已經在前面的時序圖中得到體現。
 
圖1.7
HSPW 的含義已經在前面的時序圖中得到體現。
MVAL 只對 STN屏有效，對TFT屏無意義。
HSPW 的含義已經在前面的時序圖中得到體現，這裡不再贅述。
MVAL 只對 STN屏有效，對TFT屏無意義。 
 
 
圖1.8
VSTATUS ：當前VSYNC訊號掃描狀態，指明當前VSYNC同步訊號處於何種掃描階段。
HSTATUS ：當前HSYNC訊號掃描狀態，指明當前HSYNC同步訊號處於何種掃描階段。
BPP24BL ：設定24bpp顯示模式時，視頻資料在顯示緩衝區中的排列順序（即低位有效還是高位有效）。對於16bpp的64K色顯示模式，該設定位無意義。
FRM565 ：對於16bpp顯示模式，有2中形式，一種是RGB＝5:5:5:1，另一種是5:6:5。後一種模式最為常用，它的含義是表示64K種色彩的16bit RGB資料中，紅色（R）佔了5bit，綠色（G）佔了6bit，蘭色（B）佔了5bit
INVVCLK ， INVLINE ， INVFRAME ， INVVD ：通過前面的時序圖，我們知道，CPU的LCD控制器輸出的時序預設是正脈衝，而LCD需要VSYNC（VFRAME）、VLINE（HSYNC）均為負脈衝，因此 INVLINE 和 INVFRAME 必須設為“1 ”，即選擇反相輸出。
INVVDEN ， INVPWREN ， INVLEND 的功能同前面的類似。
PWREN 為LCD電源使能控制。在CPU LCD控制器的輸出訊號中，有一個電源使能管腳LCD_PWREN，用來做為LCD屏電源的開關訊號。
ENLEND 對普通的TFT屏無效，可以不考慮。
BSWP 和 HWSWP 為位元組（Byte）或半字（Half-Word）交換使能。由於不同的GUI對FrameBuffer（顯示緩衝區）的管理不同，必要時需要通過調整 BSWP 和 HWSWP 來適應GUI。