LCD屏幕显示

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LCD 显示驱动

一、LCD屏幕参数

1. 像素的颜色怎么表示

用红绿蓝三颜色来表示，可以用24位数据来表示红绿蓝，也可以用16位等等格式，比如：

• bpp：bits per pixel，每个像素用多少位来表示
• 24bpp：实际上会用到32位，其中8位未使用，其余24位中分别用8位表示红®、绿(G)、蓝(B)
• 16bpp：有rbg565，rgb555
  • rgb565：用5位表示红、6位表示绿、5位表示蓝
  • rgb555：16位数据中用5位表示红、5位表示绿、5位表示蓝，浪费一位
    
    

2. 怎么把颜色发给LCD

• Framebuffer中每块数据对应一个像素
• 每块数据的大小可能是16位、32位，这跟LCD上像素的颜色格式有关
• 设置好LCD硬件后，只需要把颜色数据写入Framebuffer即可
  
  

3. 应用工程师需要做什么?

只需通过修改fb中特定位置的像素来改变颜色，所以需要掌握：

1. fb中每个像素用多少位表示？颜色格式是怎样的？
2. fb显存的基地址是多少？
3. 屏幕的分辨率？

4. 驱动工程师需要做什么？

1. fb显存的位置是在哪里？
2. LCD控制从fb中读取数据用来更新，那谁来传输这个数据？

二、统一的LCD硬件模型

1. LCD屏幕主要分为三种：

• MIPI-DBI(Display Bus Interface) ，MCU常用的8080接口LCD模组。
  • 既然是Bus(总线)，就是既能发送数据，也能发送命令，常用的8080接口就属于DBI接口。
  • Type B (i-80 system), 8-/9-/16-/18-/24-bit bus
  • Type C (Serial data transfer interface, 3/4-line SPI)

• MIPI-DPI (Display Pixel Interface) ，即搭载MPU的Linux开发板使用的（TFT RGB接口）。
  • Pixel(像素)，强调的是操作单个像素，在MPU上的LCD控制器就是这种接口
  • Supports 24 bit/pixel (R: 8-bit, G: 8-bit, B: 8-bit)
  • Supports 18 bit/pixel (R: 6-bit, G: 6-bit, B: 6-bit)
  • Supports 16 bit/pixel (R: 5-bit, G: 6-bit, B: 5-bit)

MIPI-DSI (Display Serial Interface)

• Serial，相比于DBI、DPI需要使用很多接口线，DSI需要的接口线大为减少
• Supports one data lane/maximum speed 500Mbps
• Supports DSI version 1.01
• Supports D-PHY version 1.00
  
  

三、Frambuffer驱动框架

1. 怎么编写字符设备驱动程序

• 驱动主设备号
• 构造file_operations结构体，填充open/read/write等成员函数
• 注册驱动：register_chrdev(major, name, &fops)
• 入口函数
• 出口函数

2. Framebuffer驱动程序框架

分为上下两层：

• fbmem.c：承上启下
  • 在字符设备驱动框架基础上
  • 实现、注册file_operations结构体
  • 把APP的调用向下转发到具体的硬件驱动程序

• xxx_fb.c：硬件相关的驱动程序
  • 实现、注册fb_info结构体
  • 实现硬件操作

核心：

• 分配fb_info
  • framebuffer_alloc
• 设置fb_info
  • var，屏幕分辨率，颜色格式
  • fix，屏幕物理地址，虚拟地址，需要开辟空间大小
  • fbops
  • 硬件相关操作
    • 引脚设置，pinctrl子系统
    • 时钟设置
    • LCD控制器设置
• 注册fb_info
  • register_framebuffer

Framebuffer驱动和底层显示驱动之间的数据传输是一个关键过程，它涉及将图像数据从内存（或称为帧缓冲区）传输到显示设备上。这个过程在Linux内核中得到了良好的抽象和封装，以下是详细的解释：

3. Framebuffer驱动的作用

4. 数据传输机制

4.1 帧缓冲区的创建与映射

• 创建帧缓冲区：Framebuffer驱动在内核中申请一块显存，用于存放将要显示的图像数据。
• 映射帧缓冲区：通过mmap（内存映射）机制，将这块显存映射到用户空间的虚拟地址空间中，使得应用层可以直接访问和操作这块显存。

4.2 数据的写入与显示

• 数据写入：上层应用通过mmap映射的虚拟地址，将图像数据写入帧缓冲区。
• 显示驱动：底层显示驱动负责监控帧缓冲区的变化。当帧缓冲区中的数据更新时，显示驱动会将新的数据从帧缓冲区传输到显示设备的SRAM（静态随机存取存储器）中。
• LCD控制器：LCD控制器负责将SRAM中的数据转换成LCD屏幕可以识别的信号，从而驱动LCD屏幕显示图像。

4.3 传输的具体实现

• DMA（直接内存访问）：在很多情况下，CPU并不直接参与帧缓冲区到显示设备SRAM的数据传输过程。相反，它使用DMA控制器来完成这一任务。DMA控制器可以独立于CPU运行，直接从帧缓冲区读取数据并写入到显示设备的SRAM中，从而大大提高了数据传输的效率。
• 寄存器配置：底层显示驱动还需要配置LCD控制器的相关寄存器，以确保数据能够正确地从帧缓冲区传输到显示设备，并在LCD屏幕上正确显示。

四、Framebuffer应用编程

在应用程序中，操作/dev/fbX 的一般步骤如下：

1. 首先打开/dev/fbX 设备文件。
2. 使用 ioctl()函数获取到当前显示设备的参数信息，譬如屏幕的分辨率大小、像素格式，根据屏幕参
   数计算显示缓冲区的大小。
   
3. 通过存储映射 I/O 方式将屏幕的显示缓冲区映射到用户空间（mmap）。
4. 映射成功后就可以直接读写屏幕的显示缓冲区，进行绘图或图片显示等操作了。
5. 完成显示后，调用 munmap()取消映射、并调用 close()关闭设备文件。

fb显示之刷背景和划线

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <linux/fb.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/mman.h> // 宏定义 #define FBDEVICE "/dev/fb0" #define WIDTH 1024  #define HEIGHT 600 #define WHITE 0xffffffff // test ok #define BLACK 0x00000000 #define RED 0xffff0000 #define GREEN 0xff00ff00 // test ok #define BLUE 0xff0000ff  #define GREENP 0x0000ff00 // 一样，说明前2个ff透明位不起作用 // 函数声明 void draw_back(unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color); void draw_line(unsigned int color); // 全局变量 unsigned int *pfb = NULL; int main(void) { 
    int fd = -1, ret = -1; struct fb_fix_screeninfo finfo = { 
   0}; struct fb_var_screeninfo vinfo = { 
   0}; // 第1步：打开设备 fd = open(FBDEVICE, O_RDWR); if (fd < 0) { 
    perror("open"); return -1; } printf("open %s success.\n", FBDEVICE); // 第2步：获取设备的硬件信息 ret = ioctl(fd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo); if (ret < 0) { 
    perror("ioctl"); return -1; } printf("smem_start = 0x%x, smem_len = %u.\n", finfo.smem_start, finfo.smem_len); ret = ioctl(fd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo); if (ret < 0) { 
    perror("ioctl"); return -1; } printf("xres = %u, yres = %u.\n", vinfo.xres, vinfo.yres); printf("xres_virtual = %u, yres_virtual = %u.\n", vinfo.xres_virtual, vinfo.yres_virtual); printf("bpp = %u.\n", vinfo.bits_per_pixel); // 第3步：进行mmap unsigned long len = vinfo.xres_virtual * vinfo.yres_virtual * vinfo.bits_per_pixel / 8; printf("len = %ld\n", len); pfb = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (NULL == pfb) { 
    perror("mmap"); return -1; } printf("pfb = %p.\n", pfb); draw_back(WIDTH, HEIGHT, WHITE); draw_line(RED); close(fd); return 0; } //刷背景函数 void draw_back(unsigned int width, unsigned int height, unsigned int color) { 
    unsigned int x, y; for (y=0; y<height; y++) { 
    for (x=0; x<width; x++) { 
    *(pfb + y * WIDTH + x) = color; } } } //画线函数 void draw_line(unsigned int color) { 
    unsigned int x, y; for (x=50; x<600; x++) { 
    *(pfb + 200 * WIDTH + x) = color; } }