LCD控制器設置及LCD驅動分析代碼,LCD驅動程序原理詳解

作者： 51Touch 時間：2018-05-21 源于：電子發燒友總點擊：

【導讀】：要使一塊LCD正常的顯示文字或圖像，不僅需要LCD驅動器，而且還需要相應的LCD控制器。在通常情況下，生產廠商把LCD驅動器會以COF/COG的形式與LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器則是由外部的電路來實現

LCD驅動分析_LCD控制器設置及代碼詳解。

1. LCD工作的硬件需求：

要使一塊LCD正常的顯示文字或圖像，不僅需要LCD驅動器，而且還需要相應的LCD控制器。在通常情況下，生產廠商把LCD驅動器會以COF/COG的形式與LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器則是由外部的電路來實現，現在很多的MCU內部都集成了LCD控制器，如S3C2410/2440等。通過LCD控制器就可以產生LCD驅動器所需要的控制信號來控制STN/TFT屏了。

2. S3C2440內部LCD控制器結構圖：

LCD驅動分析_LCD控制器設置及代碼詳解

我們根據數據手冊來描述一下這個集成在S3C2440內部的LCD控制器：

a：LCD控制器由REGBANK、LCDCDMA、TIMEGEN、VIDPRCS寄存器組成；

b：REGBANK由17個可編程的寄存器組和一塊256*16的調色板內存組成，它們用來配置LCD控制器的；

c：LCDCDMA是一個專用的DMA，它能自動地把在偵內存中的視頻數據傳送到LCD驅動器，通過使用這個DMA通道，視頻數據在不需要CPU的干預的情況下顯示在LCD屏上；

d：VIDPRCS接收來自LCDCDMA的數據，將數據轉換為合適的數據格式，比如說4/8位單掃，4位雙掃顯示模式，然后通過數據端口VD[23:0]傳送視頻數據到LCD驅動器；

e：TIMEGEN由可編程的邏輯組成，他生成LCD驅動器需要的控制信號，比如VSYNC、HSYNC、VCLK和LEND等等，而這些控制信號又與REGBANK寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5的配置密切相關，通過不同的配置，TIMEGEN就能產生這些信號的不同形態，從而支持不同的LCD驅動器(即不同的STN/TFT屏)。

3. 常見TFT屏工作時序分析：

　　LCD提供的外部接口信號：

　　VSYNC/VFRAME/STV：垂直同步信號（TFT）/幀同步信號（STN）/SEC TFT信號;

　　HSYNC/VLINE/CPV：水平同步信號（TFT）/行同步脈沖信號（STN）/SEC TFT信號；

　　VCLK/LCD_HCLK：象素時鐘信號（TFT/STN）/SEC TFT信號；

　　VD［23:0］：LCD像素數據輸出端口（TFT/STN/SEC TFT）；

　　VDEN/VM/TP：數據使能信號（TFT）/LCD驅動交流偏置信號（STN）/SEC TFT 信號；

　　LEND/STH：行結束信號（TFT）/SEC TFT信號；

　　LCD_LPCOE：SEC TFT OE信號；

　　LCD_LPCREV：SEC TFT REV信號；

　　LCD_LPCREVB：SEC TFT REVB信號。

　　所有顯示器顯示圖像的原理都是從上到下，從左到右的。這是什么意思呢？這么說吧，一副圖像可以看做是一個矩形，由很多排列整齊的點一行一行組成，這些點稱之為像素。那么這幅圖在LCD上的顯示原理就是：

　　A：顯示指針從矩形左上角的第一行第一個點開始，一個點一個點的在LCD上顯示，在上面的時序圖上用時間線表示就為VCLK，我們稱之為像素時鐘信號；

　　B：當顯示指針一直顯示到矩形的右邊就結束這一行，那么這一行的動作在上面的時序圖中就稱之為1 Line；

　　C：接下來顯示指針又回到矩形的左邊從第二行開始顯示，注意，顯示指針在從第一行的右邊回到第二行的左邊是需要一定的時間的，我們稱之為行切換；

　　D：如此類推，顯示指針就這樣一行一行的顯示至矩形的右下角才把一副圖顯示完成。因此，這一行一行的顯示在時間線上看，就是時序圖上的HSYNC；

　　E：然而，LCD的顯示并不是對一副圖像快速的顯示一下，為了持續和穩定的在LCD上顯示，就需要切換到另一幅圖上（另一幅圖可以和上一副圖一樣或者不一樣，目的只是為了將圖像持續的顯示在LCD上）。那么這一副一副的圖像就稱之為幀，在時序圖上就表示為1 Frame，因此從時序圖上可以看出1 Line只是1 Frame中的一行；

　　F：同樣的，在幀與幀切換之間也是需要一定的時間的，我們稱之為幀切換，那么LCD整個顯示的過程在時間線上看，就可表示為時序圖上的VSYNC。

　　上面時序圖上各時鐘延時參數的含義如下：（這些參數的值，LCD產生廠商會提供相應的數據手冊）

　　VBPD（vertical back porch）：表示在一幀圖像開始時，垂直同步信號以后的無效的行數，對應驅動中的upper_margin；

　　VFBD（vertical front porch）：表示在一幀圖像結束后，垂直同步信號以前的無效的行數，對應驅動中的lower_margin；

　　VSPW（vertical sync pulse width）：表示垂直同步脈沖的寬度，用行數計算，對應驅動中的vsync_len；

　　HBPD（horizontal back porch）：表示從水平同步信號開始到一行的有效數據開始之間的VCLK的個數，對應驅動中的left_margin；

　　HFPD（horizontal front porth）：表示一行的有效數據結束到下一個水平同步信號開始之間的VCLK的個數，對應驅動中的right_margin；

　　HSPW（horizontal sync pulse width）：表示水平同步信號的寬度，用VCLK計算，對應驅動中的hsync_len；

　　對于以上這些參數的值將分別保存到REGBANK寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5寄存器中：（對寄存器的操作請查看S3c2440數據手冊LCD部分）

　　LCDCON1：17 - 8位CLKVAL

　　6 - 5位掃描模式（對于STN屏：4位單/雙掃、8位單掃）

　　4 - 1位色位模式（1BPP、8BPP、16BPP等）

　　LCDCON2：31 - 24位VBPD

　　23 - 14位LINEVAL

　　13 - 6位VFPD

　　5 - 0位VSPW

　　LCDCON3：25 - 19位HBPD

　　18 - 8位HOZVAL

　　7 - 0位HFPD

　　LCDCON4： 7 - 0位HSPW

　　LCDCON5：

4. 幀緩沖(FrameBuffer)：

幀緩沖是Linux為顯示設備提供的一個接口，它把一些顯示設備描述成一個緩沖區，允許應用程序通過 FrameBuffer定義好的接口訪問這些圖形設備，從而不用去關心具體的硬件細節。對于幀緩沖設備而言，只要在顯示緩沖區與顯示點對應的區域寫入顏色值，對應的顏色就會自動的在屏幕上顯示。

　　下面看看2440test里面的lcd.c文件

　　static void PutPixel（U32 x，U32 y，U16 c）

　　{

　　if（x《SCR_XSIZE && y《SCR_YSIZE）

　　LCD_BUFFER［（y）］［（x）］ = c;

　　}

　　很容易發現TFT LCD上顯示單個像素的函數實際上很簡潔

　　看來似乎只需要LCD_BUFFER［（y）］［（x）］ = c這一句話

　　下面就來分析下，是如何通過這一句話來實現在LCD上顯示單個像素的

　　先分析下LCD_Init（）即LCD初始化函數

　　rLCDCON1 = （LCD_PIXCLOCK 《《 8） | （3 《《 5） | （12 《《 1）;

　　LCDCON1 0x4d000000

　　#define LCD_WIDTH 240

　　#define LCD_HEIGHT 320

　　#define LCD_PIXCLOCK 4

　　#define LCD_RIGHT_MARGIN 36

　　#define LCD_LEFT_MARGIN 19

　　#define LCD_HSYNC_LEN 5

　　#define LCD_UPPER_MARGIN 1

　　#define LCD_LOWER_MARGIN 5

　　#define LCD_VSYNC_LEN 1

　　CLKVAL［17:8］ = 4

　　TFT： VCLK = HCLK / ［（CLKVAL+1） * 2］（ CLKVAL》=0 ）

　　MMODE［7］ = 0

　　PNRMODE［6:5］ = 11 TFT LCD panel

　　BPPMODE［4:1］ = 1100 16bpp for TFT

　　ENVID［0］ = 0 Disable

　　rLCDCON2 = （LCD_UPPER_MARGIN 《《 24） | （（LCD_HEIGHT - 1）《《 14） | （LCD_LOWER_MARGIN 《《 6） | （LCD_VSYNC_LEN 《《 0）;

　　LCDCON2 0x4d000004

　　VBPD = 1

　　VBPD（vertical back porch）：表示在一幀圖像開始時，垂直同步信號以后的無效的行數，對應驅動中的upper_margin

　　LINVAL = 240 – 1

　　LINVAL：LCD屏的垂直大小

　　VFPD = 5

　　VFPD（vertical front porch）：表示在一幀圖像結束后，垂直同步信號以前的無效的行數，對應驅動中的lower_margin

　　VSPW = 1

　　VSPW（vertical sync pulse width）：表示垂直同步脈沖的寬度，用行數計算，對應驅動中的vsync_len

　　rLCDCON3 = （LCD_RIGHT_MARGIN 《《 19） | （（LCD_WIDTH - 1）《《 8） | （LCD_LEFT_MARGIN 《《 0）;

　　LCDCON3 0x4d000008

　　HBPD = 36

　　HBPD（horizontal back porch）：表示從水平同步信號開始到一行的有效數據開始之間的VCLK的個數，對應驅動中的left_margin

　　HOZVAL = 320 – 1

　　HOZVAL：LCD屏的水平大小

　　HFPD = 19

　　HFPD（horizontal front porth）：表示一行的有效數據結束到下一個水平同步信號開始之間的VCLK的個數，對應驅動中的right_margin

　　rLCDCON4 = （13 《《 8） | （LCD_HSYNC_LEN 《《 0）;

　　LCDCON4 0x4d00000c

　　MVAL = 13

　　HSPW = 5

　　HSPW（horizontal sync pulse width）：表示水平同步信號的寬度，用VCLK計算，對應驅動中的hsync_len

　　# define LCD_CON5 （（1《《11） | （1 《《 9） | （1 《《 8） | （1 《《 3） | （1 《《 0））

　　rLCDCON5 = LCD_CON5;

　　LCDCON5 0x4d000010

　　HWSWP = 1 Swap Enable

　　PWREN = 1 Enable PWREN signal

　　INVVFRAME = 1 VFRAME/VSYNC pulse polarity Inverted 選擇負極性脈沖

　　INVVLINE = 1 VLINE/HSYNC pulse polarity Inverted 選擇負極性脈沖

　　FRM565 = 1 5:6：5 Format

　　rLCDINTMSK |= 3;

　　INT_FrSyn = 1 LCD frame synchronized interrupt Masked

　　INT_FiCnt = 1 LCD FIFO interrupt Masked

　　rTCONSEL &= （~7）;

　　rTCONSEL &= ~（（1《《4） | 1）;

　　MODE_SEL = 0 Sync mode

　　RES_SEL = 0 320 x 240

　　LPC_EN = 0 LPC3600 Disable

　　rTPAL = 0x0;

　　Temporary palette register enable bit Disable

　　volatile static unsigned short LCD_BUFFER［SCR_YSIZE］［SCR_XSIZE］;

　　#define LCD_ADDR （（U32）LCD_BUFFER）

　　#define M5D（n）（（n）&0x1fffff）

　　rLCDSADDR1 = （（LCD_ADDR 》》 22）《《 21） | （（M5D（LCD_ADDR 》》 1））《《 0）;

　　rLCDSADDR2 = M5D（（LCD_ADDR + LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT * 2）》》 1）;

　　rLCDSADDR3 = LCD_WIDTH;

　　LCDSADDR1 0x4d000014 幀緩沖起始寄存器1

　　LCDBANK［29:21］ = （U32）LCD_BUFFER 》》 22

　　These bits indicate A［30:22］ of the bank location for the video buffer in the system memory. LCDBANK value cannot be changed even when moving the view port. LCD frame buffer should be within aligned 4MB region， which ensures that LCDBANK value will not be changed when moving the view port. So， care should be taken to use the malloc（） Function

　　系統內存地址A［30:22］處的Bank位置為圖像緩沖。LCDBANK的值在視圖移動的值在視圖移動時不能改變，LCD幀緩沖應該在4MB區域對齊，保證LCDBANK的值在移動視圖時不會改變。

　　LCDBASEU［20:0］ = （（U32）LCD_BUFFER 》》 1）&0x1fffff

　　For dual-scan LCD ： These bits indicate A［21:1］ of the start address of the upper address counter， which is for the upper frame memory of dual scan LCD or the frame memory of single scan LCD.

　　For single-scan LCD ： These bits indicate A［21:1］ of the start address of the LCD frame buffer.

　　雙掃描：表明高地址計數器的起始地址A［21:1］，用于LCD雙掃描的上部幀內存或者單掃描的幀內存

　　單掃描：表明LCD幀緩沖的起始地址A［21:1］

　　LCDSADDR2 0x4d000018幀緩沖起始寄存器2

　　LCDBASEL［20:0］ = （（LCD_ADDR + LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT * 2）》》 1）& 0x1fffff

　　= （LCD_ADDR 》》 1 + LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT）& 0x1fffff

　　For dual-scan LCD： These bits indicate A［21:1］ of the start address of the lower address counter， which is used for the lower frame memory of dual scan LCD.

　　For single scan LCD： These bits indicate A［21:1］ of the end address of the LCD frame buffer.

　　LCDBASEL = （（the frame end address）》》1） + 1

　　= LCDBASEU + （PAGEWIDTH+OFFSIZE） x （LINEVAL+1）

　　雙掃描：表明低地址計數器的起始地址A［21:1］，用于LCD雙掃描的下部幀內存或者單掃描的幀內存

　　單掃描：表明LCD幀緩沖的結束地址A［21:1］

　　LCDSADDR3 0x4d00001c幀緩沖起始寄存器3

　　OFFSIZE = 0

　　PAGEWIDTH = 320 虛擬屏頁寬（半字數量）定義了幀中的視圖域寬度

　　程序分析至此，大概已經清楚是如何通過LCD_BUFFER［（y）］［（x）］ = c來實現在LCD上顯示單個像素了。

　　就是在設置好各個LCD寄存器之后，通過將LCD_BUFFER地址與LCDBANK以及LCDBASEU、LCDBASEL對應之后，通過改變LCD_BUFFER里不同單元存儲的值（即像素的顏色），即可在LCD相應位置上做出顯示。

　　那么在應用不同LCD的時候，只需對LCDCONx以及LCDSADDRx做出相應的配置，在創建一個數組，做出上述的地址映射即可。

　　關于VCLK計算，由于配置的是TFT，可用到公式VCLK = HCLK / ［（CLKVAL+1） * 2］（ CLKVAL》=0 ）