07 顯示設(shè)備接口與幀緩沖

1、1 2 LCD接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì) LCDLCD顯示模塊顯示模塊 液晶顯示是一種被動(dòng)的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周 圍環(huán)境的光。它顯示圖案或字符只需很小能量。液晶顯示所 用的液晶材料是一種兼有液態(tài)和固體雙重性質(zhì)的有機(jī)物，它 的棒狀結(jié)構(gòu)在液晶盒內(nèi)一般平行排列，但在電場(chǎng)作用下能改 變其排列方向。 LCDLCD的背光：的背光： lEL（場(chǎng)致發(fā)光）：2000-3000小時(shí) lLED光源：50000小時(shí) l新CCFL：60000小時(shí) 3 LCD的顯示方式的顯示方式 l 反射型LCD：底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在 戶外和光線良好的辦公室使用。 l 透射型LCD：底偏光片是透射偏光片，它需要連續(xù)使用 背

2、光源，一般在光線差的環(huán)境使用。 l 透反射型LCD：是處于以上兩者之間，底偏光片能部分 反光，一般也帶背光源，光線好的時(shí)候，可關(guān)掉背光 源；光線差時(shí)，可點(diǎn)亮背光源使用LCD。 4 常見(jiàn)的液晶顯示器物理結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的液晶顯示器物理結(jié)構(gòu) l扭曲向列型（TNTwisted Nematic） l超扭曲向列型（STNSuper TN） l雙層超扭曲向列型（DSTNDual Scan Tortuosity Nomograph） l薄膜晶體管型（TFTThin Film Transistor） 其中TNLCD、STNLCD和DSYNLCD的基本顯示原 理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。而TFT LCD則

3、采用截然不同的顯示方式。 5 LCD通常由兩種方式 l 一種是帶有LCD掃描芯片的LCD模塊 l 一種是通過(guò)LCD控制器，直接掃描LCD屏。 比如：S3C2410處理器，帶有LCD控制器，顯示緩存和系統(tǒng)內(nèi)存公 用?？梢灾С諷TN（彩色/灰度）和TFT兩種模式的LCD。 TFT模式下最多支持24位色，800 x600分辨率。 LCD的驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)方式 6 嵌入式處理器與嵌入式處理器與LCD的連接的連接 嵌入嵌入 式處式處 理器理器 LCD 模塊模塊 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 總線總線 寄存器選擇寄存器選擇 使能信號(hào)使能信號(hào) 有有LCD控制控制 器的嵌入式器的嵌入式 處理器處理器 LCD LCD控制信控制信 號(hào)

4、線號(hào)線 7 片外的片外的LCD控制器控制器 8 集成了LCD控制器的嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu) 9 典型的典型的LCD模式信號(hào)線模式信號(hào)線 l LDD，數(shù)據(jù)線 l L_PCLK，點(diǎn)時(shí)鐘 l L_LCLK，行頻 l L_FCLK，幀頻 l L_BIAS，CSTN的AC信號(hào)，TFT的開(kāi)啟信號(hào) 10 S3C2410的的LCD掃描模式掃描模式 l 4/8位，單/雙掃描模式，CSTN l 最多256級(jí)灰度 l 顯示緩沖區(qū)支持15、16、24位TFT模式 l 支持RGB格式 11 4位單掃描位單掃描STN模式模式 12 4位單掃描顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系位單掃描顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系 l 1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)兩個(gè)點(diǎn)的信息 l 1

5、6級(jí)灰度 13 8位位CSTN屏幕點(diǎn)陣：屏幕點(diǎn)陣：320 x240 14 8位單掃描位單掃描CSTN模式模式 15 8位單掃描顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系位單掃描顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系 l 1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)1個(gè)點(diǎn)的信息 l 可以是用調(diào)色板 標(biāo)準(zhǔn)映射： 16 16位單掃描位單掃描TFT模式模式 17 16/15位顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系位顯示緩沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系 18 Linux系統(tǒng)下系統(tǒng)下Framebuffer設(shè)備設(shè)備 l 幀緩沖（framebuffer）是 Linux 為顯示設(shè)備提供的一個(gè) 接口，把顯存抽象后的一種設(shè)備，他允許上層應(yīng)用程序 在圖形模式下直接對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。這種操 作是抽象的，統(tǒng)一的。用戶不必關(guān)心

6、物理顯存的位置、 換頁(yè)機(jī)制等等具體細(xì)節(jié)。這些都是由Framebuffer 設(shè)備驅(qū) 動(dòng)來(lái)完成的。 l 嵌入式系統(tǒng)下大多采用Framebuffer設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備 LCD驅(qū)動(dòng)。 19 Linux系統(tǒng)下系統(tǒng)下Framebuffer設(shè)備設(shè)備 Framebuffer在系統(tǒng)中的位置 Linux Kernel Framebuffer VFS虛擬文件系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用虛擬文件系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用 VGA LCD GUI LIB User Application 20 Linux系統(tǒng)下系統(tǒng)下Framebuffer設(shè)備設(shè)備 幀緩沖設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件為/dev/fb*，如果系統(tǒng)有 多個(gè)顯示卡，Linux 下還可支持多個(gè)幀緩沖設(shè)

7、備，最多可 達(dá) 32 個(gè)，分別為/dev/fb0 到/dev/fb31，而/dev/fb 則為當(dāng) 前缺省的幀緩沖設(shè)備，通常指向/dev/fb0。 當(dāng)然在嵌入式系統(tǒng)中支持一個(gè)顯示設(shè)備就夠了。幀緩 沖設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)字符設(shè)備，主設(shè)備號(hào)為29，次設(shè)備號(hào)則從0 到31。分別對(duì)應(yīng)/dev/fb0到/dev/fb31。 21 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) l FrameBuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)基于如下兩個(gè)文件： linux/include/linux/fb.h linux/drivers/video/fbmem.c l 與平臺(tái)相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件： linux/drivers/video/s3c-fb.c

8、22 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) FrameBuffer幀緩沖的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： fb_info fb_var_screeninfo fb_fix_screeninfo fb_cmap fb_ops 在fb.h中定義 23 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) struct fb_info int node; int flags; struct fb_var_screeninfo var; /* Current var */ struct fb_fix_screeninfo fix; /* Current fix */ struct fb_monspecs monspecs; /*

9、 Current Monitor specs */ ; 該結(jié)構(gòu)是LINUX系統(tǒng)定義的framebuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。定義了當(dāng)前顯卡 framebuffer設(shè)備狀態(tài)，一個(gè)顯卡可能有兩個(gè)framebuffer，在這種情況下， 就需要兩個(gè)fb_info結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)是唯一在內(nèi)核空間可見(jiàn)的。在這個(gè)結(jié)構(gòu) 中有一個(gè)fb_ops指針，指向驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作所需的函數(shù)集。 24 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) struct fb_fix_screeninfo char id16; /* identification string eg TT Builtin */ unsigned long smem_s

10、tart; /* Start of frame buffer mem */ /* (physical address) */ _u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */ _u32 type; /* see FB_TYPE_* */ _u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */ ; 該結(jié)構(gòu)用來(lái)描述設(shè)備無(wú)關(guān)，不可變更的信息。可以使用 FBIOGET_FSCREENINFO 命令來(lái)獲取該結(jié)構(gòu)相應(yīng)信息。 25 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) struct fb_var_screeninfo _u32 xres; /*

11、visible resolution */ _u32 yres; _u32 xres_virtual; /* virtual resolution */ _u32 yres_virtual; _u32 xoffset; /* offset from virtual to visible */ _u32 yoffset; ； 該結(jié)構(gòu)用來(lái)描述設(shè)備無(wú)關(guān)，用戶可變更的信息?？梢允褂肍BIOGET_VSCREENINFO 命令 來(lái)獲取該結(jié)構(gòu)相應(yīng)信息，使用FBIOPUT_VSCREENINFO 命令來(lái)設(shè)置該結(jié)構(gòu)相應(yīng)信息。 26 Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) struct fb_cmap _u32

12、 start; /* First entry */ _u32 len; /* Number of entries */ _u16 *red; /* Red values */ _u16 *green; _u16 *blue; _u16 *transp; /* transparency, can be NULL */ ; 該結(jié)構(gòu)描述設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色映射信息。可以通過(guò)FBIOGETCMAP和 FBIOPUTCMAP 對(duì)應(yīng)的ioctl操作設(shè)定或獲取顏色映射信息. 27 Framebuffer驅(qū)動(dòng)API l Linux系統(tǒng)中對(duì)幀緩沖設(shè)備的操作是通過(guò)，fb_ops結(jié)構(gòu)來(lái) 完成和定義的。用戶可以通過(guò)ioct

13、l接口來(lái)完成對(duì)fb_ops 結(jié)構(gòu)中定義的功能函數(shù)的調(diào)用。 幀緩沖驅(qū)動(dòng)程序的主要工作就是編寫(xiě)fb_ops結(jié)構(gòu)中的接 口函數(shù)。 28 Framebuffer驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)API struct fb_ops /* open/release and usage marking */ struct module *owner; int (*fb_open)(struct fb_info *info, int user); int (*fb_release)(struct fb_info *info, int user); ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, cha

14、r _user *buf, size_t count, loff_t *ppos); ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char _user *buf, size_t count, loff_t *ppos); int (*fb_mmap)(struct fb_info *info, struct vm_area_struct *vma); int (*fb_ioctl)(struct fb_info *info, unsigned int cmd,unsigned long arg); ; 29 Framebuffer驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)AP

15、I l fb_ops結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的接口函數(shù)： l fb_open： 打開(kāi)幀緩沖設(shè)備 l fb_release：關(guān)閉幀緩沖設(shè)備 l fb_read： 幀緩沖設(shè)備的讀操作 l fb_write： 幀緩沖設(shè)備的寫(xiě)操作 l fb_mmap: 幀緩沖設(shè)備的內(nèi)存映射操作 l fb_ioctl:幀緩沖設(shè)備的ioctl操作 30 Framebuffer幀緩沖內(nèi)核驅(qū)動(dòng)核心幀緩沖內(nèi)核驅(qū)動(dòng)核心 l fbmem.c 實(shí)現(xiàn)了如下函數(shù). register_framebuffer(struct fb_info *fb_info); unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

16、; l 這兩個(gè)是提供給下層FrameBuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口，設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過(guò)這 兩函數(shù)向系統(tǒng)注冊(cè)或注銷(xiāo)自己。幾乎底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)所要做的所有事 情就是填充fb_info結(jié)構(gòu)然后向系統(tǒng)注冊(cè)或注銷(xiāo)它。 31 Framebuffer幀緩沖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分析幀緩沖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分析 內(nèi)核源碼目錄（driver/video/）下的s3c-fb.c文件是S5PV210處理 器幀緩沖設(shè)備硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序。 s3c-fb.c驅(qū)動(dòng)程序主要完成以下工作： l初始化LCD控制器、設(shè)置顯示模式、分配顯示緩存。 l分配并初始化fb_info結(jié)構(gòu)，填充其成員函數(shù)。 l調(diào)用 register_framebuffer(struct

17、 fb_info *fb_info)，函數(shù)向系統(tǒng)注 冊(cè)幀緩沖設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 32 Linux內(nèi)核對(duì)內(nèi)核對(duì)framebuffer幀緩沖的支持幀緩沖的支持 Linux內(nèi)核對(duì)framebuffer幀緩沖設(shè)備有著良好的支持。 make menuconfig配置菜單： - Device Drivers - Graphics support - Support for frame buffer devices (FB =y) 33 Linux內(nèi)核對(duì)內(nèi)核對(duì)framebuffer幀緩沖的支持幀緩沖的支持 Support for frame buffer devices - 34 Linux內(nèi)核對(duì)內(nèi)核對(duì)fram

18、ebuffer幀緩沖的支持幀緩沖的支持 Samsung S3C framebuffer support 35 Framebuffer幀緩沖設(shè)備的操作幀緩沖設(shè)備的操作 應(yīng)用程序?qū)ramebuffer幀緩沖設(shè)備的操作有以下幾種： 讀/寫(xiě) 讀/寫(xiě)（read/write）/dev/fb：相當(dāng)于讀/寫(xiě)屏幕緩沖區(qū)。 例如： 用 cp /dev/fb0 tmp 命令可將當(dāng)前屏幕的內(nèi)容拷貝到一個(gè)文 件中，而命令 cp tmp /dev/fb0 則將圖形文件tmp顯示 在屏幕上。 36 Framebuffer幀緩沖設(shè)備的操作幀緩沖設(shè)備的操作 映射（map）操作 ： 由于 Linux 工作在保護(hù)模式，每個(gè)應(yīng)用程

19、序都有自己的虛擬地址 空間，在應(yīng)用程序中是不能直接訪問(wèn)物理緩沖區(qū)地址的。為此， Linux 在文件操作 file_operations 結(jié)構(gòu)中提供了 mmap 函數(shù)，可 將文件的內(nèi)容映射到用戶空間。對(duì)于幀緩沖設(shè)備，則可通過(guò)映射 操作，可將屏幕緩沖區(qū)的物理地址映射到用戶空間的一段虛擬地 址中，之后用戶就可以通過(guò)讀寫(xiě)這段虛擬地址訪問(wèn)屏幕緩沖區(qū)， 在屏幕上繪圖了。 37 Framebuffer幀緩沖設(shè)備的操作幀緩沖設(shè)備的操作 IO操作 ： 對(duì)于幀緩沖設(shè)備，對(duì)設(shè)備文件的 ioctl操作可讀取/設(shè)置顯示設(shè)備及屏幕的 參數(shù)，如分辨率，顯示顏色數(shù)，屏幕大小等等。ioctl 的操作是由底層的 驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成的。 例如： ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, void *fb_mem; struct fb_var_screeninfo vinfo; struct fb_fix_screeninfo finfo; long int screensize