Linux液晶屏驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

　　隨著高性能嵌入式處理器的普及和硬件成本的不斷降低，尤其是ARM 系列處理器的推出，嵌入式系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)。單色LCD也因?yàn)樯蕟握{(diào)，存儲(chǔ)信息小，處理速度慢而不能符合人們的需求。

　　在多媒體應(yīng)用的推動(dòng)下，彩色LCD越來(lái)越多地應(yīng)用到了嵌入式系統(tǒng)中 如新一代手機(jī)和掌上電腦多采用TFT顯示器件，該顯示器件支持彩色圖形界面和視頻媒體播放。Linux作為開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)也在市場(chǎng)中占據(jù)了一席之地。由于Linux成本低廉，源代碼開(kāi)放，因此成為國(guó)內(nèi)外廠商極力發(fā)展的操作系統(tǒng)。在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，Linux下也出現(xiàn)了許多圖形界面軟件包，如MiniGUI、Trolletech公司的Embedded QT等，其圖形界面及開(kāi)發(fā)工具與Windows CE不相上下。在圖形軟件包的開(kāi)發(fā)和移植工作中都牽涉到底層LCD的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。筆者有幸參與了Linux操作系統(tǒng)下LCD部分的開(kāi)發(fā)，其主要功能是點(diǎn)亮液晶屏，將在攝像頭上采集的BMP圖片在液晶屏上顯示并將BMP 格式壓縮成JPEG格式，使得存儲(chǔ)量減少。因此筆者就在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題一一闡述。

　　背景知識(shí)

　　在切入正題之前，先來(lái)了解在做驅(qū)動(dòng)過(guò)程中需要預(yù)先知道的知識(shí)。

　　1 硬件平臺(tái)

　　MC9328MX1(以下簡(jiǎn)稱MX1)是Motorola 公司基于ARM核心的第一款MCU，主要面向高端嵌入式應(yīng)用。內(nèi)部采用ARM920T內(nèi)核，并集成了SDRAM/Flash、LCD，USB、藍(lán)牙.多媒體閃存卡(MMC/SD、Memory Stick)和CMOS攝像頭等控制器。

　　LCD控制器的功能是產(chǎn)生顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LCD顯示器。用戶只需要通過(guò)讀寫一系列的寄存器，完成配制和顯示控制。MX1中的LCD控制器可支持單色/彩色LCD 顯示器。支持彩色TFT時(shí)，可提供4/8/12/16位顏色模式，其中16位顏色模式下可以顯示64k種顏色。配置LCD控制器重要的一步是指定顯示緩沖區(qū)，顯示的內(nèi)容就是從緩沖區(qū)中讀出的，其大小由屏幕分辨率和顯示顏色數(shù)決定。在本例中，采用KYocera 公司的KCS057QV1AJ液晶屏，在240×320分辨率下可提供8位彩色顯示，即最大256色位圖。

　　2.Linux下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)

　　在Linux操作系統(tǒng)下有兩類主要的設(shè)備文件類型，一種是字符設(shè)備，另一種是塊設(shè)備。字符設(shè)備和塊設(shè)備的主要區(qū)別是在對(duì)字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請(qǐng)求時(shí)，實(shí)際的硬件I/O一般就緊接著發(fā)生了，塊設(shè)備則不然，它利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作緩沖區(qū)，當(dāng)用戶進(jìn)程對(duì)設(shè)備請(qǐng)求讀/寫時(shí)，它首先察看緩沖區(qū)的內(nèi)容，如果緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)能滿足用戶的要求，就返回請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，如果不能，就調(diào)用請(qǐng)求函數(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。

　　Linux的設(shè)備管理是和文件系統(tǒng)解密結(jié)合的，各種設(shè)備都以文件的形式存放在/dev目錄下，稱為設(shè)備文件。應(yīng)用程序可以打開(kāi)、關(guān)閉和讀寫這些設(shè)備文件，完成對(duì)設(shè)備的操作，就像操作普通的數(shù)據(jù)文件一樣。為了管理這些設(shè)備，系統(tǒng)為設(shè)備編了號(hào)，每個(gè)設(shè)備號(hào)又分為主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)。主設(shè)備號(hào)用來(lái)區(qū)分不同種類的設(shè)備，而次設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)使用同一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的不同的硬件設(shè)備，比如有兩個(gè)軟盤，就可以用從設(shè)備號(hào)來(lái)區(qū)分它們。設(shè)備文件的主設(shè)備號(hào)必須與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在登記時(shí)申請(qǐng)的主設(shè)備號(hào)一致，否則用戶進(jìn)程將無(wú)法訪問(wèn)到驅(qū)動(dòng)程序。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。

　　3.Linux的幀緩沖設(shè)備

　　幀緩沖區(qū)是出現(xiàn)在Linux 2.2.xx及以后版本內(nèi)核當(dāng)中的一種驅(qū)動(dòng)程序接口，這種接口將顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)設(shè)備區(qū)。它允許上層應(yīng)用程序在圖形模式下直接對(duì)顯示緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作。這種操作是抽象的、統(tǒng)一的，用戶不必關(guān)心物理顯存的位置、換頁(yè)機(jī)制等具體細(xì)節(jié)。這些都由Framebufer設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。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)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。在使用Framebufer時(shí)，Linux是將顯卡置于圖形模式下的.在應(yīng)用程序中，一般通過(guò)將Frame-Buffer設(shè)備映射到進(jìn)程地址空間的方式使用，對(duì)于幀緩沖來(lái)說(shuō)，可以把它看成是一段內(nèi)存，用于讀寫內(nèi)存的函數(shù)均可對(duì)這段地址進(jìn)行讀寫，只不過(guò)這段內(nèi)存被專門用于放置要在LCD上顯示的內(nèi)容，其目的就是通過(guò)配置LCDC寄存器在一段指定內(nèi)存與LCD 之間建立一個(gè)自動(dòng)傳輸?shù)耐ǖ?。這樣，任何程序只要修改這段內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，就可以改變LCD 上的顯示內(nèi)容。

　　FrameBuffer設(shè)備驅(qū)動(dòng)基于linux/include/linux/fb.h和linux/drivers/video/fbmem.c這兩個(gè)文件，下面就詳細(xì)分析這兩個(gè)文件。

　　首先分析linux/include/linux/fb.h文件，幾乎主要的結(jié)構(gòu)都是在這個(gè)文件中定義的。這些結(jié)構(gòu)包括：

　　fb_var_screeninfo 這個(gè)結(jié)構(gòu)描述了顯示卡的特性，記錄了幀緩沖設(shè)備和指定顯示模式的可修改信息。其中變量xres定義了屏幕一行所占的像素?cái)?shù)，yres定義了屏幕一列所占的像素?cái)?shù)，bits_per_pixel定義了每個(gè)像素用多少個(gè)位來(lái)表示。
　　fb_fix_screeninfon 這個(gè)結(jié)構(gòu)在顯卡被設(shè)定模式后創(chuàng)建，它描述顯示卡的屬性，并且系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不能被修改；比如FrameBuffer內(nèi)存的起始地址。
　　struct fb_info Linux為幀緩沖設(shè)備定義的驅(qū)動(dòng)層接口。它不僅包含了底層函數(shù)，而且還有記錄設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。每個(gè)幀緩沖設(shè)備都與一個(gè)fb_info結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。其中成員變量modename為設(shè)備名稱，fontname為顯示字體，fbops為指向底層操作的函數(shù)的指針。
　　fb_cmap描述設(shè)備無(wú)關(guān)的顏色映射信息?？梢酝ㄟ^(guò)FBIOGETCMAP 和FBIOPUTCMAP 對(duì)應(yīng)的ioctl操作設(shè)定或獲取顏色映射信息。然后分析fbmem.h文件。