六、2440裸機開發 lcd操作

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六、lcd的控制原文地址：http://blog.csdn.net/woshidahuaidan2011/article/details/51278058by jaosn Email: [email protected]

LCD （ Liquid Crystal Display 的簡稱）液晶顯示器。LCD 的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設定TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設定彩色濾光片，通過TFT上的訊號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。現在LCD已經替代CRT成為主流，價格也已經下降了很多，並已充分的普及。

s3c2440通過lcd來顯示映像，在2440內部，存在lcd控制相關的寄存器，其結構圖如下：

 

       

其中，REABANK是一些寄存器組主要包含17個設定參數的寄存器和256x16的調色盤記憶體，其每個寄存器的作用將在下文一一展開；LCDCDMA是供LCD專用的DMA通道，用於擷取匯流排上面的映像資料；TIMEGEN和LPC3600用來產生LCD控制時序，VIDRCS，將DMA擷取來的資料以設定的格式傳送給LCD。LPC3600和LCC3600為三星公司生產的lcd，假如不使用三星公司生產的lcd，需要禁止LPC3600和LCC3600。

資料手冊給出了兩種類型的lcd，一種是STN（Super Twisted Nematic）lcd，這裡不再介紹，一種是TFT  LCD這裡只介紹TFT  LCD。

在介紹LCD顯示之前，先介紹對於LCD顯示的幾個重要的名詞，首先看圖：

 

圖中，是現實整個一幅圖的概括圖，其中，深藍色的部分為實際顯示出來的部分，其餘的部分是非顯示部分，但是非顯示部分對LCD來說也是必須的。中的箭頭部分，LCD是按照由上到下，由左到右的順序顯示的。圖中HSYNC和VSYNC是跳轉訊號，在每一行結束，下一行開始的時候，會產生一個HSYNC訊號，在一幅圖（幀）顯示完畢，要顯示下一張圖的時候，會發出VSYNC訊號。

這裡值得關注的是，除了深藍色的部分外，其周圍還有其他顏色的部分。也就是說當像素點掃描到每一行深藍色部分（能顯示給使用者的部分）最右邊的時候，還需要掃描幾個無用的像素點才能跳轉到下一行平且發出HSYNC訊號（無用的點裡對應的右邊紫色的部分），此時，在發出HSYNC訊號之後，仍需要掃描幾個無用的點（此時的無用點是指顯示不出來的點，所謂無用的點是指左邊紫色的部分）才能掃描出要顯示給使用者的點。

從縱向的來說。當像素掃描到要顯示映像的最右端的時候，也就是圖中對應的A點，此時掃描點並不馬上調轉到左上方顯示下一幀，而是仍要不斷的掃描幾個無用的行再跳轉並發出VSYNC訊號（此時對應的是圖中黃色的部分），在發出VSYNC訊號後，仍需要掃面幾行無用的像素點（對應圖中的紅色部分）才可以顯示要顯示的映像。

所有的這些要掃描的像素點稱為一幀，也就是掃描完圖中所有的像素點稱為一幀（有用的沒用的點都要算），所以說VSYNC訊號出現的頻率稱為垂直頻率代表每秒中可以顯示的映像數，簡單的話解釋就是每出現一個VSYNC就證明一張圖片顯示完畢。對應的HSYNC稱為水平頻率。簡單的解釋就是每出現一次HSYNC訊號就證明完成一行的掃描。

圖中深藍色部分，也就是有效資料的行數列數稱為解析度。

基本的名詞，及其lcd的基本的顯示原理已經介紹完畢，接下就來控制lcd來顯示想要顯示的東西，首要要控制就需要有時序圖，接下來來看lcd控制器的時序圖：

 首先圖中可以看出，VSYNC的一個周期就是一幀的周期，VSYNC的高電平的時間（脈寬）為VSPW+1個HSYNC訊號周期；時序圖中的VBPD+1部分就是對應上面那個圖的上面紅色的部分；接下來就是有效顯示的行數一共有LINEVAL+1個有效行數（對應藍色部分的行數）；在後面就是需要VFPD+1個HSYNC周期的時間後才開始下一幀的顯示，這裡VFPD+1個HSYNC周期的時間就是對應圖中下面黃色的部分；總的來說，一幀（也就顯示一幅圖片的時間）就是（VSPW+1）+ （VBPD+1）+（LINEVAL+1）+（VFPD+1）個HSYNC周期。

然後時序圖中把一個HSYNC周期放大，圖中HSYNC高電平持續的時間（脈寬）為HSPW+1個VCLK周期；接下來需要HBPD+1個VCLK個周期才可以顯示有效資料，此時HBPD+1個VCLK個周期的時間就是對應中左邊紫色的部分；接下來就開始顯示有效資料部分，一共需要HOZVAL+1個VCLK周期（這裡對應的是的藍色部分的列數）；再往後就是需要HFPD+1個VCLK周期的時間才可以繼續顯示下一行，HFPD+1個VCLK周期的時間就是對應圖中右邊紫色的部分。這裡掃描一行所需要的時間就是（HSPW+1）+（HBPD+1）+（HOZVAL+1）+（HFPD+1）個VCLK周期。

為了具體的確定VSPW  VBPD   LINEVAL VFPD  HSPW  HBPD HOZVAL  HFPD的具體數值，就要根據LCD的晶片手冊來對比得出結果。來對比一下LCD晶片的資料手冊，圖中單位有兩種，其中的H代表HSYNC，其中的CLK為像素的刻度。

對比上面的圖可以得知VSPW=9 VBPD=1 LINEVAL=271  VFPD=1 HSPW=40  HBPD=1 HOZVAL=479  HFPD=1

通過上面兩段的分析，可以看出：

一幀周期（也就顯示一幅圖片的時間）就是（VSPW+1）+ （VBPD+1）+（LINEVAL+1）+（VFPD+1）個HSYNC周期，

一個HSYNC周期為（HSPW+1）+（HBPD+1）+（HOZVAL+1）+（HFPD+1）個VCLK周期

所以，一幀周期= {（VSPW+1）+ （VBPD+1）+（LINEVAL+1）+（VFPD+1） } * { （HSPW+1）+（HBPD+1）+（HOZVAL+1）+（HFPD+1）}個VCLK周期

這裡的資料手冊給出了：

VCLK的頻率（hz）=VCLK(Hz) = HCLK / [ ( CLKVAL+1) * 2 ]

其中CLKVAL的最小值取0。

所以一幀的頻率就是：

Frame Rate = 1 / [ { (VSPW+1 ) + (VBPD+1 ) + (LIINEVAL + 1 ) +(VFPD+1 ) } * {(HSPW+1 ) + (HBPD +1 ) + (HFPD+1 ) + (HOZVAL + 1 ) } *{ 2 x (CLKVAL+1 ) / ( HCLK ) } ]

因此只需要設定上面公式的那個變數值然後給出幀記憶體的地址就可以進行資料的顯示。

 

接下來說一像是如何儲存的，在說著之前需要瞭解一個概念BPP:

BPP(像素深度)：像素深度是指儲存每個像素所用的位元，它也是用來度量映像的解析度。像素深度決定彩色映像的每個像素可能有的顏色數，或者確定灰階映像的每個像素可能有的灰階級數。

例如，一幅彩色映像的每個像素用R，G，B三個分量表示，若每個分量用8位，那麼一個像素共用24位表示，就說像素的深度為24，每個像素可以是16 777 216（2的24次方）種顏色中的一種。在這個意義上，往往把像素深度說成是映像深度。表示一個像素的位元越多，它能表達的顏色數目就越多，而它的深度就越深。

2440資料手冊中有2BPP、4BPP、8BPP、16BPP、24BPP，這裡只介紹16BPP其餘的也類似。

假如LCD採用，16BPP來顯示，2440採用的方式是用4個位元組來儲存兩個像素點的BPP，其中給個像素點的BPP為佔用2個位元組，但是這樣就有兩種儲存方式：

 

當BSWP = 0, HWSWP = 0時，2440採用的是上面的儲存方式，當BSWP = 0, HWSWP = 2440採用的是下面的儲存方式：

在LCD中，像素點P1、P2、P3等的相片順序為：

採用16BPP儲存方式，也就是紅綠藍RGP一個佔有16個bit，他們的分配方式有兩種5:6:5和5:5:5:1，對於第二種方式，最後一個強度位，可以看作是GRB每個有顏色的最低位，就像中的下面的那個表格，VD的18位，10位，2位分別有一位，因此5：5：5：1和R(5+1):G(5+1):B(4+1)是一樣的(但是不能理解為2^18個顏色值)。

lcd採用的24位元據線來傳遞資料，兩種方式的在24位傳送過程中的安排分別為：

 

至於其他格式的bpp可以參考資料手冊，接下來說一下調色盤，直白的說，調色盤就是一塊256*16的一塊記憶體，使用8BPP模式的時候，可以通過索引值尋找調色盤，調色盤跟16BPP類似可以使用5:6:5和5:5:5:1兩種模式，其存放格式分別如：

可以看到，調色盤的深度為0到0Xff，寬度為16bit，通過圖中可以看出，調色盤的起始地址為0X4D000400，結束位址為0X4D0007FC，這裡調色盤只用到32記憶體的低16位DATA[31 :1 6]上的資料是無效資料。假如是5：5：5：1格式儲存，傳輸的VD1 8, VD1 0 和VD2都是傳輸的同一個值data(l)。

 

下面就開始一一介紹控制lcd的寄存器：

先看下LCDCON1，功能如：

ENVID：LCD 輸出訊號控制位 為1表示使能

BPPMODE：螢幕類型的對應BPP的選擇

PNRMODE：螢幕類型的選擇

MMODE     ：對於STN  LCD設定VM的反轉頻率

CLKVAL  ：設定像素時鐘

            對於TFT: VCLK=HCLK/((CLKVAL+1)*2)

             HCLK=100Mhz的情況下，lcd手冊說明VCLK典型的是9Mhz，CLKVAL=4或者5

LINECNT ：唯讀位，每掃描一行LINECNT的值減去1，直到減到0

 

LCDCON2，LCDCON3，LCDCON4其具體含義在前面已經分析，不再贅述，寄存器功能如：

 

LCDCON5寄存器主要是包含包含一些狀態的唯讀寄存器和有關一些訊號的極性設定：

HWSWP：半字交換使能位

BSWP：字交換是使能位

 （上面兩個寄存器用來設定像素點在記憶體的儲存排列格式）

ENLEND：LEND使能寄存器

PWREN: LCD_PWREN使能寄存器

INVLEND:LEND訊號的極性，是否反轉

INVWREN:pwren訊號極性是否反轉

INVVEN:VDEN訊號的極性，是否反轉

INVVD:VD資料轉送的極性是否反轉

INVVFRAME:VFINE/HSYNC訊號的極性是否反轉

INVVLINE:VLINE/HSYNC訊號的極性是否反轉

INVVCLK:設定為0在VCLK下降沿讀資料；設定為10在VCLK上升沿讀資料

FRM565:設定16BPP時候，是565還是5551

BPP24BL:24BPP模式下，是低位元組資料有效還是高位元組資料有效

HSTATUS/ VSTATUS:唯讀寄存器，用來擷取當前像素掃描到什麼部分。

 

LCDCON1到LCDCON5寄存器介紹完畢，這5個寄存器主要是設定與硬體密切相關的參數，接下來說的是有關幀記憶體方面的寄存器，介紹之前需瞭解一些概念，在LCD顯示的圖中，可以看到真正的顯示有效資料周圍還有許多無用的資料，這些所有的資料（有效資料+無效資料）稱為一幀，而真正顯現出來的有效資料稱為VIEW PORT，其圖可表示為：

通過圖可以看出來，view port的大小就是實際LCD螢幕的大小，一幀中包含著view port，而且view port在一幀當中的位置是是可以移動的，其位置有LCDBASEU 、LCDBASEL(view  port上下兩點顯示的起始地址)，PAGEWIDTH（view port的寬度也就是lcd的寬度）決定的。這些值具體的設定需要看下面的寄存器。

首先是LCDSADDR1寄存器：

LCDBASEU:對於TFT  LCD，用來儲存視口（view port）對應的記憶體的起始地址（view port的第一個數值的地址即對應圖中view port左上方的位置地址），也就是框架緩衝區的開始地址。（可以參考上面的位移圖來理解）。其存放的是幀記憶體首地址（32位的數值）的第21~1位。

LCDBANK：儲存幀記憶體的起始地址（儲存幀記憶體首地址（首地址為32位的數值）的第30~22位），為了當移動view port視窗的時候不影響LCDBANK的值，必須4m對齊。

 總的來說LCDBASEU存放的是幀記憶體起始地址的【21：1】位，LCDBANK儲存的是幀記憶體起始地址的【30：22】位

 

接下來LCDSADDR2：

LCDBASEL：具體的含義可以看上面的那個VIEW PORT的移動的圖理解，對於TFT LCD，儲存的是view port最後一行的起始地址，其計算公式為：

LCDBASEL = ((the frame end address) >>1 ) +1
= LCDBASEU +(PAGEWIDTH+OFFSIZE) x (LINEVAL+1 )

上面的公式通過上面的那個位移圖應該不難理解，只是要注意的就是這裡的OFFSIZE是view port位元影像上的左右兩個標出的OFFSIZE的和。一般情況下LCDBASEL存放的是緩衝區的大小的【21：1】（幀記憶體最大是4m，也就是最大為22位）+位移地址（幀記憶體的首地址）。

接下來就是

 

PAGEWIDTH：view port的寬度，以半字為單位（32位的cpu 半字就是16bit）

  OFFSIZE：表示上一行最後一個資料與下一行第一個資料間的地址差的一半，以半字為單位。假如OFFSIZE數值2代表相差4個半字。

 

設定一且完畢後，再來看一下調色盤的資訊設定：

TPALVAL：這隻調色盤的GPG的數值

TPAL調色盤的使能位。

 

設定前面的這些寄存器lcd就可以穩定的工作了，但是lcd控制器為了更可能的節約時間，滿足不同需求，其拱了一個lcd中斷等的操作，具體的看下面的幾個寄存器：

LCDINTPND中斷掛起寄存器，主要是表示lcd的中斷掛起的情況

INT_FiCnt：中斷掛起位，該位為0表示沒有發生插斷要求，當該位是1表明lcd的FIFO的已經達到指定的閾值。

INT_FrSyn：幀同步中斷掛起位，該位為0表示沒有幀同步插斷要求，該位為1表明幀發出插斷要求（lcd已經顯示完一幀）。

 

與中斷掛起寄存器LCDINTPND雷同的另一個寄存器是，中斷源掛起寄存器，他們的功能相同，這裡解釋一下中斷源，大家都知道中斷是指由於某種事件的發生（硬體或者軟體的），電腦暫停執行當前的程式，轉而執行另一程式，以處理髮生的事件，處理完畢後又返回原程式繼續作業的過程。中斷是處理器一種工作狀態的描述。我們把引起中斷的原因，或者能夠發出插斷要求訊號的來源統稱為中斷源。

對應的中斷源掛起寄存器為中斷源掛起寄存器，表明中斷源掛起狀態

INT_FiCnt：中斷掛起位，該位為0表示沒有發生插斷要求，當該位是1表明lcd的FIFO的已經達到指定的閾值。

INT_FrSyn：幀同步中斷掛起位，該位為0表示沒有幀同步插斷要求，該位為1表明幀發出插斷要求（lcd已經顯示完一幀）。

既然lcd有前面的這兩個狀態寄存器那麼一定有與之對應的中斷屏蔽寄存器來屏蔽中斷的發生，這裡的寄存器是LCDINTMSK，中斷屏蔽寄存器可以決定屏蔽那個中斷源（被屏蔽掉的中斷源將不會發生作用）。

INT_FiCnt：屏蔽lcd FIFO中斷位，該位設定為0表明相應lcd的FIFO的中斷，該位設定為1表示屏蔽lcd的FIFO的中斷。

INT_FrSyn：屏蔽lcd 幀同步中斷位，該位是指為1表明屏蔽幀同步中斷。

FIWSEL： 決定lcd的FIFO出發的閾值，設定為0閾值為4字，設定為1表示深度為8字

 

 

 

此外三星公司為自己生產的lcd增加了控制LPC3600/LCC3600 模式的寄存器TCONSEL：

對於該寄存器不做介紹，使用的非LPC3600 LCC3600給該寄存的【0 1】寫0禁止該模組就可以。

 

所有有關TFT lcd的寄存器已經大致介紹完畢，接下來說明控制lcd的步驟：

總結：

1、初始化有關串連lcd的引腳，串連方式看開發板原理圖

2、LCDCON1到LCDCON5 用於選擇lcd的了類型，設定一些硬體的資訊。

3、CDSADDR1到LCDSADDR3設定幀記憶體的地址

4、TPAL設定，是否使用調色盤及其設定調色盤的資料。

5、根據自身是否使用三星公司的 lpc3600 和lcc3600 LCD，假如不使用的話需要禁止相應模組

可以通過TCONSEL來設定。

6、設定是否使用中斷，可通過LCDINTMSK來設定

7、控制lcd的開啟或者關閉。

 

下面給出設定代碼:

voidlcd_Init(void)

{

    #define VBPD           (1)                       //垂直同步訊號的後肩

    #define VFPD            (1)                       //垂直同步訊號的前肩

    #define VSPW           (9)                       //垂直同步訊號的脈寬

 

    #define HBPD           (1)                       //水平同步訊號的後肩

    #define HFPD           (1)                       //水平同步訊號的前肩

    #define HSPW           (40)                     //水平同步訊號的脈寬

   

   1、初始化有關串連lcd的引腳，串連方式看開發板原理圖

 rGPCUP  = 0xffffffff;   // 禁止內部上拉

       rGPCCON = 0xaaaaaaaa;   // GPIO管腳用於VD[7:0],LCDVF[2:0],VM,VFRAME,VLINE,VCLK,LEND

       rGPDUP  = 0xffffffff;   // 禁止內部上拉

       rGPDCON = 0xaaaaaaaa;   // GPIO管腳用於VD[23:8]

       rGPBCON &= ~(3<<0);  // lcd背光燈控制引腳

       rGPBCON |= (1<<0);

       rGPBDAT &= ~(1<<0);         //關閉背光燈

2、   LCDCON1到LCDCON5用於選擇lcd的了類型，設定一些硬體的資訊。

 

 // 設定像素時鐘頻率，螢幕模型，bpp模式

      rLCDCON1 = (5<< 8)|(3 <<5 )|(12<< 1)  ;

      rLCDCON2 = (VBPD << 24)|(271<< 14)|(VFPD << 6)|(VSPW);

      rLCDCON3 = (HBPD << 19)|(479<< 8)|(HFPD);

      rLCDCON4 = (HSPW);

     

      //訊號極性 資料存放區格式等的設定 

      rLCDCON5 = (1 << 11) |(1 <<10)| (1 << 9) | (1 << 8)    |(1) ;

      //選擇565格式  上升沿鎖存資料  VLINE/HSYNC VFIAME/VSYNC 反轉 儲存格式P1 P2

3、   CDSADDR1到LCDSADDR3設定幀記憶體的地址

  //這裡的LCDBANK定義為volatile unsigned shortLCDBANK[272][480]; //申請幀記憶體LCDBANK是系統隨機分配的

      rLCDSADDR1 =(((unsigned int)LCDBANK >> 22) << 21) | ((((unsignedint)LCDBANK)>> 1)& 0x1fffff );

      //((unsigned int)LCDBANK >> 22)<< 21)  將記憶體位址的22到30位存到寄存器的21到29位中

      //(unsigned int)LCDBANK)& 0x1fffff 取出低21位

       //(((unsigned int)LCDBANK)&>> 1)0x1fffff 記憶體首地址（32位的數值）的第21~1位放到寄存器的20~0

     

       rLCDSADDR2 = ( ((unsigned int)LCDBANK + ( (480* 272 *2) ) >> 1 ))  &0x1fffff;

       //((the frame end address) >>1 ) +1  之所以有(480 * 272 *2)的乘以2是因為16BPP假如8BPP則乘以1

       //先左移1位後取低21位

       

       rLCDSADDR3 = (0 << 11) | (480 / 1);

       //offsize為0 16bpp正好一個像素佔用一個半字

  

   4、TPAL設定，是否使用調色盤及其設定調色盤的資料

        ///禁止臨時調色盤寄存器

       rTPAL = 0;

5、根據自身是否使用三星公司的 lpc3600和lcc3600LCD，假如不使用的話需要禁止相應模組

可以通過TCONSEL來設定。

                //禁止LPC3600/LCC3600模式

                  rTCONSEL &= ~((1 << 0)| (1 <<1) | (1 << 2)) ; 

    6、設定是否使用中斷，可通過LCDINTMSK來設定

        rLCDINTMSK |= (3);                                                    //MASK LCD Sub Interrupt

7、控制lcd的開啟或者關閉

       

       

       rLCDCON1 |= 1;//使能LCD資料訊號的傳輸

               

        lcd_power_control(1);//使能lcd

}

 

 

 

 

六、2440裸機開發 lcd操作