LCD的ARM編程方式，LCD Linux程序如何寫入？

基于ARM處理器的LCD編程設計：

隨著單片機技術的飛速發(fā)展，新型的儀器儀表呈現出操作簡單、便攜化的趨勢。LCD模塊能夠滿足嵌入式系統(tǒng)日益增長的要求，它可以顯示漢字、字符和圖形，同時還具有低壓、低功耗、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點，因而應用十分廣泛。

液晶顯示模塊(LCM)是由控制器、行驅動器、列驅動器、顯示存儲器和液晶顯示屏等器件通過PCB組裝成一體的低成本輸出設備，被廣泛用于各種儀器儀表等設備中。其核心部件LCD控制器是可編程接口芯片，它一方面提供與微控制器(MCU)的接口，一方面連接行/列驅動器。用戶對LCD控制器編程就是實現對LCM的操作控制。LCD控制器的功能是接收計算機發(fā)來的指令和數據，并向計算機反饋所需的數據信息。 T6963控制模塊 T6963控制器型液晶顯示模塊的驅動控制系統(tǒng)由液晶顯示控制器T6963及其外圍電路、行驅動器組、列驅動器組和液晶驅動偏電壓電路組成。

T6963C是一種內置控制器的圖形LCD，其面向顯示存儲器的引腳有8根數據線(D7~D0)、16根地址線(AD15~AD0)和4根控制線，最多能管理64KB大小的顯示存儲器。T6963C將顯示存儲器分成3個區(qū)，分別是文本顯示緩沖區(qū)、圖形顯示緩沖區(qū)和字符產生器RAM(CGRAM)區(qū)。 采用圖形顯示方式時，液晶屏顯示單元的單位是8&TImes;1點陣(稱為一個圖形顯示單位)。每個圖形顯示單位對應圖形顯示緩沖區(qū)中的一個存儲單元。將點陣狀態(tài)信息寫入這個存儲單元，則對應的位置就會顯示出圖形。

采用文本顯示方式時，液晶屏顯示信息的單位是8&TImes;8點陣(稱為一個文本顯示單位)。每個文本顯示單位對應文本顯示緩沖區(qū)中的8個連續(xù)存儲單元。但采用文本顯示方式時，寫入文本顯示緩沖區(qū)的不是點陣狀態(tài)信息，而是字符代碼，其點陣狀態(tài)信息(8&TImes;8)(即字模)存放在CGRAM中。當8&TImes;8的點陣不足以描述一個符號時，則通常用多個字符的組合來描述。例如，一般采用16×16的點陣來描述漢字，將該點陣分為4個8×8的點陣，用4個字符代碼描述一個漢字，根據這4個部分的位置關系將4條代碼寫入相應的文本顯示緩沖區(qū)。T6963C片內還包含一個字模庫CGROM，固化了數字、英文字母和常用符號等128個字符的點陣狀態(tài)信息。

系統(tǒng)硬件結構 1. 處理器 本文系統(tǒng)中的處理器選用的是ARM7系列AT91SAM7S64，該器件具有64KB的高速Flash、16KB的SRAM以及豐富的外設資源，因而可以給系統(tǒng)設計提供強大的硬件支持。它包含的主要功能單元是： PDC(Peripheral Data Controller，外設數據控制器)，可以通過該控制器管理SPI接口和串口。串口作為本系統(tǒng)各部分之間通信的主要手段，而SPI接口作為ARM處理器和A/D、D/A模塊之間通信和控制的主要手段。 AIC(Advanced Interrupt Controller，先進中斷控制器)，可以通過該控制器產生計時器中斷和串口中斷，計時器中斷可作為本系統(tǒng)分時作業(yè)編程的主要手段，而串口中斷是數據通信的處理手段。

PIOA(Parallel Input/Output Controller，并行輸入/輸出控制器)，可以通過該控制器管理ARM系統(tǒng)的各個設備，同時本系統(tǒng)也使用PIOA來控制LCD。 其它功能單元包括看門狗、電源控制器等?？梢酝ㄟ^編程對這些控制器進行管理，在IAR開發(fā)環(huán)境下采用C語言進行編程，并通過JTAG調試接口下載到板上FLASH中運行調試。

2. 液晶屏連接方式 T6963液晶顯示模塊與處理器的連接方式通常有兩種：直接訪問方式和間接控制方式。

直接訪問方式是指處理器以訪問存儲器或I/O設備的方式控制液晶控制模塊工作，模塊的數據線與處理器的數據總線連接，片選及寄存器選擇由處理器的地址總線提供，讀和寫操作由處理器的讀寫操作信號控制;而在間接控制方式中，處理器通過自身或系統(tǒng)的并行接口與液晶控制模塊相連，處理器通過I/O接口的操作間接實現對模塊的控制。 本系統(tǒng)采用的是直接訪問方式，如圖1所示。使用ARM處理器AT91SAM7S64的引腳完全可編程和復用功能，以4路模擬顯示模塊控制信號，8路作為數據線。這樣即充分發(fā)揮了T91SAM7S64處理器功能強大、資源豐富的優(yōu)點，又簡化了控制并易于實現編程。

 

圖1：ARM與LCD的接口示意圖

軟件實現 本系統(tǒng)對圖形顯示方式進行編程。圖形顯示方式可顯示任何形狀的圖形(包括字符)，在該方式下，T6963C還可以提供對“位”的操作，即通過命令控制液晶屏上的任意一點是否顯示。每個點的顯示狀態(tài)用一位二進制信息表示，當這一位信息為“1”時顯示屏上相應的點就顯示，為“0”時則不顯示。 但由于本設計中采用的是32位ARM處理器，而不是8位的51系列，因此在直接控制方式下的編程過程中，應注意數據的對應關系。 1. T6963指令集及時序 T6963擁有一系列操作指令，通過這些指令可以實現對顯示屏的控制。在設計過程中，根據T6963的指令系統(tǒng)以及時序信號波形圖等進行編程。T6963指令系統(tǒng)見表1。液晶顯示模塊的控制引腳和讀寫信號的控制關系如圖2所示。

 

表1：T6963指令表

 

圖2：T6963信號時序圖

2. 程序流程圖 通常液晶顯示編程的過程是：首先編寫狀態(tài)查詢、寫指令、寫數據、讀數據等子程序;然后編寫清屏、畫點等基本子程序;在此基礎上編寫程序以顯示字符、數字、漢字及復雜的圖形等。每條指令的執(zhí)行都是先送入參數，再送入指令代碼，因此每次操作之前最好先進行狀態(tài)字檢測。 通過對內置T6963點陣式液晶顯示的軟件設計，可以發(fā)現該液晶顯示控制模塊的控制語句簡單、調試方便。T6963C內部通過一根地址線來確定兩個寄存器，當地址線為低電平，選擇DATA寄存器;當地址線為高電平，則選擇COMMAND/STATUS寄存器。在對T6963C發(fā)送每條指令或參數前，必須先讀取COMMAND/STATUS寄存器以檢查T6963C的狀態(tài)字。狀態(tài)字節(jié)的含義如下： STA0：1/0，指令讀寫狀態(tài)為準備好/忙;[!--empirenews.page--]

STA1：1/0，數據讀寫狀態(tài)為準備好/忙;

STA2：1/0，數據自動讀狀態(tài)為準備好/忙;

STA3：1/0，數據自動寫狀態(tài)為準備好/忙;

STA4：未用;

STA5：1/0，控制器運行檢測可能/不能;

STA6：1/0，屏讀/拷貝狀態(tài)為出錯/正確;

STA7：1/0，閃爍狀態(tài)檢測為正常顯示/關顯示。 由于各狀態(tài)位的含義不同，因此在不同的場合應檢測不同的狀態(tài)位。在CPU對T6963C中每一字節(jié)的指令或數據進行讀寫前，應先將STA0和STA1同時置為“準備好”狀態(tài)。T6963C模塊的控制指令可帶有0個、1個或2個參數。在執(zhí)行每條指令時都是先送入參數(如果有的話)，再送入指令代碼。當向T6963C讀、寫數據或寫入命令時，必須嚴格遵循T6963C的時序。如果送入的參數多于規(guī)定個數，則認為最后一次送入的有效。每次操作之前必須先進行狀態(tài)字檢測。

 

圖3a給出了顯示操作的流程框圖

圖3：(a) 顯示操作流程框圖;(b) 雙參數指令傳輸過程。 以上每個步驟又需要完成以下流程：對于無參數或自動指令，以上過程僅執(zhí)行1次，單參數指令需執(zhí)行2次，而雙參數指令則需執(zhí)行3次(前2次傳參數，最后1次傳指令)。圖3b以雙參數指令為例給出了指令傳輸過程。 檢測程序如下： //指令、數據讀寫狀態(tài)檢查 void RWCheck()

{

unsigned int dat = 0;

do

{

*AT91C_PIOB_CODR=CS;

*AT91C_PIOA_ODSR = DATA_BUS;

*AT91C_PIOB_SODR = A0;

*AT91C_PIOB_CODR = RD;

delay_bus();

dat=*AT91C_PIOA_PDSR;//讀出當前PIO管腳狀態(tài)

dat = 0x00600000&dat;//取出需要的數據位，看STA0，STA1是否準備好

delay_bus();

*AT91C_PIOA_SODR = RD;

delay_bus();

*AT91C_PIOA_SODR=CS;

} 3. 漢字顯示 以本系統(tǒng)的顯示模塊LCM240128為例，液晶顯示屏上橫向的8個點是一個字節(jié)數據，某位為1則對應點變亮，對于240×128的顯示模塊來說，每行為240點，每列為128點。每個字節(jié)在顯示緩沖區(qū)中均有對應的地址，液晶屏幕的左上角橫向8個點對應液晶模塊顯示緩沖區(qū)的首地址。最常見的顯示方式有兩種，以常用的16×16點陣漢字為例，一種是先將左半部16個字節(jié)寫入顯示緩沖區(qū)，再寫入右半部的16個字節(jié);另一種則先寫入上半部的16個字節(jié)，再寫入下半部的16個字節(jié)。然后單片機通過接口電路，按照規(guī)定的時序將待顯示漢字字模的所有字節(jié)按液晶控制器規(guī)定的方式，在預定位置寫入液晶控制器緩沖區(qū)。程序如下： void ShowHZ(unsigned int lin，unsigned int column，unsigned int hzcode)

{

unsigned char i;

unsigned int StartAddr = 0;

StartAddr=lin*LineChar column; //定位起始行

for(i=0;i《16;i )

{

OutPortCom3((unsigned char)(StartAddr)， (unsigned char)(StartAddr》》8)， 0x24);

OutPortCom2( HZTable[hzcode][i*2]， 0xc0); //左半部 地址加一

OutPortCom2( HZTable[hzcode][i*2 1]， 0xc4); //右半部 字模地址加一

StartAddr=StartAddr LineChar;

}

} 4. 圖形顯示 固定格式的圖形圖像顯示與在圖形方式下顯示漢字類似，即先確定點陣信息，再送入顯示位置對應的緩沖區(qū)中。

實際上，每個漢字都是一幅圖像，只是在處理坐標數據時有所不同。與漢字顯示的主要區(qū)別是：圖形顯示中數據需逐點生成并按一定算法逐點送入緩沖區(qū)單元;為獲得良好的顯示效果，標準圖元(直線、圓、橢圓等)可利用圖形學中的某些生成算法。由于硬件要求一次掃1行，因此必須先找到該點所在的行地址，然后在字節(jié)內計算點的位置，將該位置1;若是擦除，則將該位置0。畫點是實現其它圖形的基礎，利用畫點程序，只需按照圖形學算法控制坐標變量x、y并移位，然后逐一畫點，就能組成任何圖形。

5. 動態(tài)顯示 當動態(tài)顯示圖形時，用T6963C控制器的命令和功能編程，獲得變參數的各種基本圖形函數，以顯示不同的圖形，在動態(tài)圖形顯示之前將固定的圖形采用屏拷貝方式保存下來，動態(tài)圖形顯示結束時恢復原來的圖形。漢字字符和數字字符的固定顯示在初始化過程中完成，動態(tài)顯示則直接用覆蓋的方式完成。 無論漢字、數字、英文字符或圖形，液晶顯示控制器都視為在規(guī)定區(qū)域根據給定數據控制各個點的顯示，它們的顯示控制原理并沒有本質區(qū)別，這樣在編程時就可以將所有顯示內容都當作圖形處理。

驅動程序采用C語言編寫，具有模塊化的結構和代碼可移植性，且通用性較好。

本文小結 采用點陣式圖形液晶顯示模塊將使顯示更直觀、界面更豐富。直接訪問方式的驅動程序比間接控制方式更精簡一些，程序的運行效率也較高。本文中的程序采用C語言編寫，通用性強、移植方便。該方法及程序在系統(tǒng)顯示部分中，顯示清晰、工作穩(wěn)定。具有模塊化結構和代碼可移植性，且通用性較好，在嵌入式系統(tǒng)中有一定代表性和廣泛用途。

怎樣寫 Linux LCD 驅動程序：

基本原理

通過 framebuffer ，應用程序用 mmap 把顯存映射到應用程序虛擬地址空間，將要顯示的數據寫入這個內存空間就可以在屏幕上顯示出來;

驅動程序分配系統(tǒng)內存作為顯存;實現 file_operations 結構中的接口，為應用程序服務;實現 fb_ops 結構中的接口，控制和操作 LDC 控制器;

驅動程序將顯存的起始地址和長度傳給 LCD 控制器的寄存器 (一般由 fb_set_var 完成) ， LDC 控制器會自動的將顯存中的數據顯示在 LCD 屏上。

寫 framebuffer 驅動程序要做什么

簡單的講，framebuffer 驅動的功能就是分配一塊內存作顯存，然后對 LCD 控制器的寄存器作一些設置。

具體來說：

填充一個 fbinfo 結構

用 reigster_framebuffer (fbinfo*) 將 fbinfo 結構注冊到內核

對于 fbinfo 結構，最主要的是它的 fs_ops 成員，需要針對具體設備實現 fs_ops 中的接口[!--empirenews.page--]

考慮是否使用中斷處理

考慮內存訪問方式

顯卡不自帶顯存的，分配系統(tǒng)內存作為顯存

顯卡自帶顯存的，用 I/O 內存接口進行訪問 (request_mem_region / ioremap)，

關于LCD 設備資料可參考如下資料：

Datasheet of LCD device

書：液晶顯示技術

書：液晶顯示器件

什么是 frame buffer 設備

frame buffer 設備是圖形硬件的抽象，它代表了圖形硬件的偵緩沖區(qū)，允許應 用程序通過指定的接口訪問圖形硬件。因此，應用程序不必關心底層硬件細節(jié)。

設備通過特定的設備節(jié)點訪問，通常在 /dev 目錄下，如 /dev/fb*。

更多關于 frame buffer device 的資料可以在以下兩個文件中找到： linux /Documentation/fb/framebuffer.txt 和 linux /Documentation/fb /interal.txt，但這些資料內容不多，還需要看看結合代碼具體分析。

Linux Frame Buffer 驅動程序層次結構

Frame Buffer 設備驅動可以從三個層次來看：

應用程序與系統(tǒng)調用;

適用于所有設備的通用代碼，避免重復，包括 file_operations 結構、register/unregister framebuffer 接口等;

操作具體硬件的代碼，主要是 fs_ops 結構。

在 Linux 內核中，Frame Buffer 設備驅動的源碼主要在以下兩個文件中，它們 處于 frame buffer 驅動體系結構的中間層，它為上層的用戶程序提供系統(tǒng)調用， 也為底層特定硬件驅動提供了接口：

linux/inlcude/fb.h

linux/drivers/video/fbmem.c

數據結構

頭文件 fb.h 定義了所有的數據結構：

fb_var_screeninfo：描述了一種顯卡顯示模式的所有信息，如寬、高、顏色深度等，不同的顯示模式對應不同的信息;

fb_fix_screeninfo：定義了顯卡信息，如 framebuffer 內存的起始地址，地址長度等;

fb_cmap：設備獨立的 colormap 信息，可以通過 ioctl 的 FBIOGETCMAP 和 FBIOPUTCMAP 命令設置 colormap;

fb_info：包含當前 video card 的狀態(tài)信息，只有 fb_info 對內核可見;

fb_ops ： 應用程序使用 ioctl 系統(tǒng)調用操作底層的 LCD 硬件，fb_ops 結構中定義的方法用于支持這些操作;

這些結構相互之間的關系如下所示：

framebuffer 驅動主要數據結構

接口

fbmem.c 實現了所有驅動使用的通用代碼，避免了重復。

全局變量：

struct fb_info *registered_fb [FB_MAX]

int num_registered_fb;

這個兩個變量用于記錄正在使用的 fb_info 結構實例。fb_info 代表 video card 的當前狀態(tài)，所有的 fb_info 結構都放在數組中。當一個 frame buffer 在內核中登記時，一個新的 fb_info 結構被加入該數組，num_registered_fb 加 1。

fb_drivers 數組：

static struct {

const char *name;

int (*init)(void);

int (*setup)(void);

} fb_drivers[] __initdata= { 。。。。};

若 frame buffer 驅動程序是靜態(tài)鏈接到內核中，一個新的 entry 必須要加到這個表中。 若該驅動程序是使用 insmod/rmmod 動態(tài)加載到內核，則不必關心這個結構。

static struct file_operations fb_ops ={

owner： THIS_MODULE，

read： fb_read，

write： fb_write，

ioctl： fb_ioctl，

mmap： fb_mmap，

open： fb_open，

release： fb_release

};

這是用戶應用程序的接口，fbmem.c 實現了這些函數。

register/unregister framebuffer：

register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

unregister_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

這是底層 frame buffer 設備驅動程序的接口。驅動程序使用這對函數實現注冊和撤銷操作。底層驅動程序的工作基本上是填充 fb_info 結構，然后注冊它。

一個 LCD controller 驅動程序

實現一個 LCD controller 驅動程序主要做如下兩步：

分配系統(tǒng)內存作顯存

根據具體的硬件特性，實現 fb_ops 的接口

在 linux/drivers/fb/skeletonfb.c 中有一個 frame buffer 驅動程序的框架，它示例了怎樣用很少的代碼實現一個 frame buffer 驅動程序。

分配系統(tǒng)內存作為顯存

由于大多數 LDC controller 沒有自己的顯存，需要分配一塊系統(tǒng)內存作為顯存。 這塊系統(tǒng)內存的起始地址和長度之后會被存放在 fb_fix_screeninfo 的 smem_start 和 smem_len 域中。該內存應該是物理上連續(xù)的。

對于帶獨立顯存的顯卡，使用 request_mem_region 和 ioremap 將顯卡外設內存映射到處理器虛擬地址空間。

實現 fb_ops 結構

目前還沒有討論的 file_operations 方法是 ioctl ()。用戶應用程序使用 ioctrl 系統(tǒng)調用操作 LCD 硬件。fb_ops 結構中定義的方法為這些操作提供支 持。注意， fb_ops 結構不是 file_operations 結構。fb_ops 是底層操作的抽 象，而 file_operations 為上層系統(tǒng)調用接口提供支持。

下面考慮需要實現哪些方法。ioctl 命令和 fb_ops 結構中的接口之間的關系如 下所示：

 

FBIOGET_VSCREENINFO fb_get_var

FBIOPUT_VSCREENINFO fb_set_var

FBIOGET_FSCREENINFO fb_get_fix

FBIOPUTCMAP fb_set_cmap

FBIOGETCMAP fb_get_cmap

FBIOPAN_DISPLAY fb_pan_display

只要我們實現了那些 fb_XXX 函數，那么用戶應用程序就可以使用 FBIOXXXX 宏 來操作 LDC 硬件了。那怎么實現那些接口呢?可以參考下 linux/drivers/video 目錄下的驅動程序。

在眾多接口中， fb_set_var 是最重要的。它用于設置 video mode 等信息。下 面是實現 fb_set_var 函數的通用步驟：

檢查是否有必要設置 mode

設置 mode[!--empirenews.page--]

設置 colormap

根據上面的設置重新配置 LCD controller 寄存器

其中第四步是底層硬件操作。