LCD驱动程序——代码编写（二）

在编写代码之前我们先来看一看原理图







引脚说明：
VCLK：发出lcd时钟信号，每来一个时钟，就会在屏幕上显示一个像素 ——GPC1 ：配置为lcd引脚
VLINE：发出lcd行扫描信号 ——GPC2 ：配置为lcd引脚
VFRAME：发出lcd桢扫描信号 ——GPC3 ：配置为lcd引脚
VM：VDEN，有效时才会在屏幕上显示象素 ——GPC4 ：配置为lcd引脚
LCD_PWREN：发出lcd面板电源使能控制信号 ——GPG4 ：配置为lcd引脚
KEYBOARD：背光电路引脚 ——GPB0 ：配置为输出引脚
VD[3]——VD[7] ：lcd数据总线 ——GPC11：GPC15 ：配置为lcd引脚
VD[10]——VD[15] ：lcd数据总线 ——GPD2：GPD7 ：配置为lcd引脚
VD[19]——VD[23] ：lcd数据总线 ——GPD11：GPD15 ：配置为lcd引脚

各信号的含义

VSYNC：帧同步信号
每发出一个脉冲，表示新的一屏图像数据开始传送。
HSYNC：行同步信号
每发出一个脉冲，表示新的一行图像数据开始传送。
VCLK：像素时钟信号
每发出一个脉冲，表示新的一个点图像数据开始传送。
LEND：行结束信号
VBPD：表示在一帧图像开始时，帧同步信号以后的无效的行数，对应驱动中的upper_margin；

VFBD：表示在一帧图像结束后，帧同步信号以前的无效的行数，对应驱动中的lower_margin；
VSPW：表示垂直同步脉冲的宽度；
HBPD：表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的vclk的个数，对应驱动中的left_margin；
HFPD：表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的vclk的个数，对应驱动中的right_margin；
HSPW：表示水平同步信号的宽度；

原理简述
lcd屏可以看作是由许多象素构成的，比如240*320就是由240*320个象素构成的，每个象素由RGB三色调和，每种颜色又由多个位组成。比如我们的开发板上的lcd，有320*240个象素，每个象素由RGB三色调和，RGB三色位数分别为：565。
s3c2440内集成了lcd控制器，lcd控制器外接lcd，每来一个VLCK，就会从左到右在lcd屏幕上显示一个象素的颜色，而这一个个象素的颜色就存放在显存里，在嵌入式领域，一般不会佩戴专门的显存，而是从内存SDRAM中划分出一部分充当显存。VLINE引脚每发出一个行同步信号HSYNC就表示一行的数据发送完成，就会换行，从上一行的最右边跳到下一行的最左边。VFRAME引脚每发出一个帧同步信号VSYNC就表示一帧的数据发送完，这时就会跳到屏幕起始位置，开始下一帧数据的发送。

接下来我们开始真正来编写代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/fb.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/clk.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/div64.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/arch/regs-lcd.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/arch/fb.h>

static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
unsigned int green, unsigned int blue,
unsigned int transp, struct fb_info *info);

struct lcd_regs {
unsigned long
lcdcon1;
unsigned long
lcdcon2;
unsigned long
lcdcon3;
unsigned long
lcdcon4;
unsigned long
lcdcon5;
unsigned long
lcdsaddr1;
unsigned long
lcdsaddr2;
unsigned long
lcdsaddr3;
unsigned long
redlut;
unsigned long
greenlut;
unsigned long
bluelut;
unsigned long
reserved[9];
unsigned long
dithmode;
unsigned long
tpal;
unsigned long
lcdintpnd;
unsigned long
lcdsrcpnd;
unsigned long
lcdintmsk;
unsigned long
lpcsel;
};

static struct fb_ops s3c_lcdfb_ops = {
.owner
= THIS_MODULE,
.fb_setcolreg
= s3c_lcdfb_setcolreg,//设置调色板，见注释3
.fb_fillrect
= cfb_fillrect,
.fb_copyarea
= cfb_copyarea,
.fb_imageblit
= cfb_imageblit,
};

static struct fb_info *s3c_lcd;
static volatile unsigned long *gpbcon;
static volatile unsigned long *gpbdat;
static volatile unsigned long *gpccon;
static volatile unsigned long *gpdcon;
static volatile unsigned long *gpgcon;
static volatile struct lcd_regs* lcd_regs;
static u32 pseudo_palette[16];

/* from pxafb.c */
/* 这个函数听巧妙的，可以分析一下 */
static inline unsigned int chan_to_field(unsigned int chan, struct fb_bitfield *bf)
{
chan &= 0xffff;
chan >>= 16 - bf->length;
return chan << bf->offset;
}

static int s3c_lcdfb_setcolreg(unsigned int regno, unsigned int red,
unsigned int green, unsigned int blue,
unsigned int transp, struct fb_info *info)
{
unsigned int val;

if (regno > 16)
return 1;

/* 用red,green,blue三原色构造出val，val最终是16位象素*/
val = chan_to_field(red,
&info->var.red);
val |= chan_to_field(green, &info->var.green);
val |= chan_to_field(blue,
&info->var.blue);

//((u32 *)(info->pseudo_palette))[regno] = val;
pseudo_palette[regno] = val;
return 0;
}

static int lcd_init(void)
{
/* 1. 分配一个fb_info */
s3c_lcd = framebuffer_alloc(0, NULL);

/* 2. 设置 */
/* 2.1 设置固定的参数 */
strcpy(s3c_lcd->fix.id, "mylcd");
s3c_lcd->fix.smem_len = 240*320*16/8; //显存的长度=分辨率*每象素字节数
s3c_lcd->fix.type = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;/*
Packed Pixels */
s3c_lcd->fix.visual = FB_VISUAL_TRUECOLOR; /*
TFT为真彩色，所以要设置成这个 */
s3c_lcd->fix.line_length = 240*2;//每行的长度，以字节为单位

/* 2.2 设置可变的参数 */
s3c_lcd->var.xres = 240;//x方向分辨率
s3c_lcd->var.yres = 320;//y方向分辨率
s3c_lcd->var.xres_virtual = 240;//x方向虚拟分辨率，参考注释1
s3c_lcd->var.yres_virtual = 320;//y方向虚拟分辨率
s3c_lcd->var.bits_per_pixel = 16;//每个象素使用多少位

/* RGB:565 */
s3c_lcd->var.red.offset = 11;//红色偏移值为11
s3c_lcd->var.red.length = 5;//红色位长为5

s3c_lcd->var.green.offset = 5;//绿色偏移值为5
s3c_lcd->var.green.length = 6;//绿色位长为6

s3c_lcd->var.blue.offset = 0;//蓝色偏移值为0
s3c_lcd->var.blue.length = 5;//蓝色位长为5

s3c_lcd->var.activate = FB_ACTIVATE_NOW;//使设置的值立即生效

/* 2.3 设置操作函数 */
s3c_lcd->fbops = &s3c_lcdfb_ops;

/* 2.4 其他的设置 */
s3c_lcd->pseudo_palette = pseudo_palette;//存放调色板所调颜色的数组
//s3c_lcd->screen_base = ; /* 显存的虚拟地址，这个在后面设置的 */
s3c_lcd->screen_size = 240*324*16/8;//显存的大小

/* 3. 硬件相关的操作 */
/* 3.1 配置GPIO用于LCD */
gpbcon = ioremap(0x56000010, 8);
gpbdat = gpbcon+1;
gpccon = ioremap(0x56000020, 4);
gpdcon = ioremap(0x56000030, 4);
gpgcon = ioremap(0x56000060, 4);

*gpccon = 0xaaaaaaaa; /* GPIO管脚用于VD[7:0],LCDVF[2:0],VM,VFRAME,VLINE,VCLK,LEND */
*gpdcon = 0xaaaaaaaa; /* GPIO管脚用于VD[23:8]
*/

*gpbcon &= ~(3); /* GPB0设置为输出引脚 */
*gpbcon |= 1;
*gpbdat &= ~1; /* 输出低电平，关闭背光*/

*gpgcon |= (3<<8); /* GPG4用作LCD_PWREN */

/* 3.2 根据LCD手册设置LCD控制器, 比如VCLK的频率等 */
lcd_regs = ioremap(0x4D000000, sizeof(struct lcd_regs));//映射各lcd控制寄存器，这种映射方法要学会

/* bit[17:8]: VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2],
* 10MHz(100ns) = 100MHz / [(CLKVAL+1) x 2]
* CLKVAL = 4
* bit[6:5]: 0b11, TFT LCD
* bit[4:1]: 0b1100, 16 bpp for TFT，表示每个象素用多少位来表示
* bit[0] : 0 = Disable the video output and the LCD control signal.
*/
lcd_regs->lcdcon1 = (4<<8) | (3<<5) | (0x0c<<1);

#if 1
/* 垂直方向的时间参数
* bit[31:24]: VBPD, VSYNC之后再过多长时间才能发出第1行数据
* LCD手册 T0-T2-T1=4
* VBPD=3
* bit[23:14]: 多少行, 320, 所以LINEVAL=320-1=319
* bit[13:6] : VFPD, 发出最后一行数据之后，再过多长时间才发出VSYNC
* LCD手册T2-T5=322-320=2, 所以VFPD=2-1=1
* bit[5:0] : VSPW, VSYNC信号的脉冲宽度, LCD手册T1=1, 所以VSPW=1-1=0
*/
lcd_regs->lcdcon2 = (3<<24) | (319<<14) | (1<<6) | (0<<0);

/* 水平方向的时间参数
* bit[25:19]: HBPD, VSYNC之后再过多长时间才能发出第1行数据
* LCD手册 T6-T7-T8=17
* HBPD=16
* bit[18:8]: 多少列, 240, 所以HOZVAL=240-1=239
* bit[7:0] : HFPD, 发出最后一行里最后一个象素数据之后，再过多长时间才发出HSYNC
* LCD手册T8-T11=251-240=11, 所以HFPD=11-1=10
*/
lcd_regs->lcdcon3 = (16<<19) | (239<<8) | (10<<0);

/* 水平方向的同步信号
* bit[7:0]
: HSPW, HSYNC信号的脉冲宽度, LCD手册T7=5, 所以HSPW=5-1=4
*/

lcd_regs->lcdcon4 = 4;

#else
lcd_regs->lcdcon2 =
S3C2410_LCDCON2_VBPD(5) |
S3C2410_LCDCON2_LINEVAL(319) |
S3C2410_LCDCON2_VFPD(3) |
S3C2410_LCDCON2_VSPW(1);

lcd_regs->lcdcon3 =
S3C2410_LCDCON3_HBPD(10) |
S3C2410_LCDCON3_HOZVAL(239) |
S3C2410_LCDCON3_HFPD(1);

lcd_regs->lcdcon4 =
S3C2410_LCDCON4_MVAL(13) |
S3C2410_LCDCON4_HSPW(0);

#endif
/* 信号的极性
* bit[11]: 1=565 format
* bit[10]: 0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
* bit[9] : 1 = HSYNC信号要反转,即低电平有效
* bit[8] : 1 = VSYNC信号要反转,即低电平有效
* bit[6] : 0 = VDEN不用反转
* bit[3] : 0 = PWREN输出0
* bit[1] : 0 = BSWP
* bit[0] : 1 = HWSWP 2440手册P413
*/
lcd_regs->lcdcon5 = (1<<11) | (0<<10) | (1<<9) | (1<<8) | (1<<0);

/* 3.3 分配显存(framebuffer), 并把地址告诉LCD控制器 */
/* s3c_lcd->screen_base：显存基址，是虚拟地址
*s3c_lcd->fix.smem_len：显存长度
*s3c_lcd->fix.smem_start：显存起始地址，是物理地址
*/
s3c_lcd->screen_base = dma_alloc_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, &s3c_lcd->fix.smem_start,
GFP_KERNEL);

lcd_regs->lcdsaddr1 = (s3c_lcd->fix.smem_start >> 1) & ~(3<<30);//存放起始地址
lcd_regs->lcdsaddr2 = ((s3c_lcd->fix.smem_start + s3c_lcd->fix.smem_len) >> 1) & 0x1fffff;//存放结束地址
lcd_regs->lcdsaddr3 = (240*16/16); /* 一行的长度(单位:
2字节) */

/* 启动LCD */
lcd_regs->lcdcon1 |= (1<<0); /* 使能LCD控制器
*/
lcd_regs->lcdcon5 |= (1<<3); /* 使能LCD本身 */
*gpbdat |= 1;
/* 输出高电平, 使能背光 */

/* 4. 注册 */
register_framebuffer(s3c_lcd);

return 0;
}

static void lcd_exit(void)
{
unregister_framebuffer(s3c_lcd);
lcd_regs->lcdcon1 &= ~(1<<0); /* 关闭LCD本身 */
*gpbdat &= ~1; /* 关闭背光 */
dma_free_writecombine(NULL, s3c_lcd->fix.smem_len, s3c_lcd->screen_base, s3c_lcd->fix.smem_start);
iounmap(lcd_regs);
iounmap(gpbcon);
iounmap(gpccon);
iounmap(gpdcon);
iounmap(gpgcon);
framebuffer_release(s3c_lcd);
}

module_init(lcd_init);
module_exit(lcd_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试：
(1). make menuconfig去掉原来的驱动程序
-> Device Drivers
-> Graphics support
<M> S3C2410 LCD framebuffer support

(2). make uImage
make modules
(3). 使用新的uImage启动开发板:
nfs 30000000 192.168.183.128:/home/share/uImage ：将uImage下载到内存0x30000000处
bootm 30000000 ：从0x30000000处启动

(4)装载驱动：前三个是make modules生成的，在driver/video目录下，装载他们是因为lcd.ko要依赖于他们

insmod cfbcopyarea.ko
insmod cfbfillrect.ko
insmod cfbimgblt.ko
insmod lcd.ko

(5)echo hello > /dev/tty1 ：将hello回显在tty1上，可以在LCD上看见hello，因为tty1代表着标准输入输出设备
cat lcd.ko > /dev/fb0 ：将lcd.ko写入显存fb0里面，这是就会显示花屏，因为lcd.ko数据是未知的

(6)5. 修改 /etc/inittab
加入：tty1::askfirst:-/bin/sh //启动tty1，输入是键盘，输出是屏幕

(7)用新内核重启开发板

insmod cfbcopyarea.ko
insmod cfbfillrect.ko
insmod cfbimgblt.ko
insmod lcd.ko
insmod buttons.ko
这时按下enter键就可以激活控制台，按下l，按下s都会显示在屏幕上，然后按下enter，会执行ls命令，结果显示在屏幕上面。

注释1：
其实实际的分辨率是已经设置死了的，我们之所以可以在电脑上面调节分辨率，其实改变的是虚拟分辨率
注释2：关于注释2是我自己分析的，配置有问题，正在改正中，希望知道的朋友可以帮我一下，在此谢过了！
我们根据时序图来设置lcdcon2和lcdcon3
这里是从s3c2440芯片手册里截下来的时序图：



这里是lcd芯片手册上的截图：





我们要做的就是通过设置lcd控制寄存器来使s3c2440芯片手册上的时序图与lcd芯片手册上的时序图相吻合。
我们比较两个时序图，可以发现下面的对应关系：
tvb——VBPD+1：tvb=15，VSPD=14
tvf ——VFPD+1：tvf =12，VFPD=11
tvp——VSPW+1：tvp=3，VSPW=2
tvd——LINEVAL+1：tvd=240，LINEVAL=239
所以对lcdcon2作如下设置：lcd_regs->lcdcon2=(14<<24)|(239<<14)|(11<<6)|(2<<0);

thb——HBPD+1：thb=38，HBPD=37
thf ——HFPD+1：thf =20，HFPD=19
thp——HSPW+1：thp=30，HSPW=29
thd——HOZVAL+1：thd=320，HOZVAL=319
所以对lcdcon3作如下设置：lcd_regs->lcdcon3=(37<<19)|(319<<8)|(19<<0);
所以对lcdcon4作如下设置：lcd_regs->lcdcon4=(29<<0);

注释3：为什么需要调色板呢？
我们知道象素是从显存里取出，然后传给lcd的。我们的lcd是16bbp的（即每个象素用16字节），如果我们在显存里用两个字节表示一个象素，那么这个象素可以直接取出传给lcd。但是我们可能想要节省内存空间，在显存里只给了每个象素一个字节，这时的象素取出来就不能直接给lcd了，这时就需要调色板。所谓调色板就相当于一个数组，每一项都代表一个16位的象素（当然根据具体的lcd不同，可以自己配置调色板），可以根据从显存中取出的数据来选择数组中的一项，这个16位象素就可以传给lcd了。