学习目标：熟悉TFT LCD的概念，分层驱动工作原理和程序编写。
一、LCD 概念
1. 显示器数据组织格式
1）一幅图像成为一帧，每帧由多行组成，每行由多个像素组成。每个像素的颜色由若干位表示，对于256色LCD，每个像素由8位表示，称为8BPP。
2）显示器呈Z字行的路线进行扫描显示，使用HSYNC、VSYNC控制扫描和跳转的路径；
2、操作过程
1）设置LCD的HSYNC、VSYNC\VCLK等信号的参数，并将帧内存的地址告诉LCD控制器，塔克自动的发起DMA传输，从帧内存中得到图像数据，出现在数据总线VD[23:0]上。我们只需要将显示的图像数据写入帧内存中即可。
2）图像数据的存储：
例如：由三原色组建的256色（8BPP）显示模式，使用8位数据表示一个像素的颜色。但特殊的是，这8位数据用于表示在调色板中的索引值。这里的调色板使用256*16的内存，即使用16BPP的显示格式来表示对应各个索引值的颜色。因此，最终在LCD显示的仍为16BPP的数据。
内存数据和像素对应的关系为：
其中，P1、P2...为一个个的像素。
像素在调色板中的数据存放模式16BPP分为两种格式：5：6：5和5：5：5：1.即：
二、LCD驱动
1、帧缓冲设备
frambuffer设备层是对显示设备的一种抽象。其中，帧缓冲是Linux为显示设备提供的一个接口，它把一些显示设备描述成一个缓冲区，允许应用程序通过FrameBuffer定义好的接口访问这些图形设备，从而不用去关心具体的硬件细节。对于帧缓冲设备而言，只要在显示缓冲区与显示点对应的区域写入颜色值，对应的颜色就会自动的在屏幕上显示。
2、LCD作为一种帧缓冲设备，也是一种标准的字符型设备，对应于文件系统下/dev/fb%d设备文件。
3、驱动结构
首先分析一下driver/video/fbmem.c
1）进入__init fbmem_init（入口函数），主要创建了字符设备“fb”和类，利用cat 命令查看（cat /proc/devices）,可看到该目录下的fb，主设备号为29。由于还没有注册LCD驱动，所以没有设备节点，
static int __init fbmem_init(void)
{
create_proc_read_entry("fb", , NULL, fbmem_read_proc, NULL);
//创建字符设备"fb"
if (register_chrdev(FB_MAJOR,"fb",&fb_fops))
printk("unable to get major %d for fb devs\n", FB_MAJOR); fb_class = class_create(THIS_MODULE, "graphics"); //创建类graphics"
if (IS_ERR(fb_class)) {
printk(KERN_WARNING "Unable to create fb class; errno = %ld\n", PTR_ERR(fb_class));
fb_class = NULL;
}
return ;
}
2）fb_fops结构体及open函数
static const struct file_operations fb_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = fb_read,
.write = fb_write,
.ioctl = fb_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
.compat_ioctl = fb_compat_ioctl,
#endif
.mmap = fb_mmap,
.open = fb_open,
.release = fb_release,
#ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA
.get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
.fsync = fb_deferred_io_fsync,
#endif
};-->fb_open函数:
static int fb_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
int fbidx = iminor(inode); //取出设备次设备号
struct fb_info *info; //定义一个fb_info结构体
int res = ; if (fbidx >= FB_MAX)
return -ENODEV;
#ifdef CONFIG_KMOD
if (!(info = registered_fb[fbidx])) // 在次设备里面得到fb_info结构信息(lcd的驱动信息)赋值给info
try_to_load(fbidx);
#endif /* CONFIG_KMOD */
if (!(info = registered_fb[fbidx]))
return -ENODEV;
if (!try_module_get(info->fbops->owner))
return -ENODEV;
file->private_data = info;
if (info->fbops->fb_open) { //如果该设备info结构体有open函数，就执行registered_fb[fbidx]->fbops->fb_open
res = info->fbops->fb_open(info,);
if (res)
module_put(info->fbops->owner);
}
return res;
}
由于fb设备(帧缓冲设备)主设备号固定，不同设备以次设备号进行区分，执行该设备open函数时，最终指向的是对应设备的open函数。
接下来看一下fb_read函数：
static ssize_t
fb_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
unsigned long p = *ppos;
struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
int fbidx = iminor(inode); //取出设备次设备号
struct fb_info *info = registered_fb[fbidx]; //定义并获取设备的fb_info结构体
u32 *buffer, *dst;
u32 __iomem *src;
int c, i, cnt = , err = ;
unsigned long total_size; if (!info || ! info->screen_base)
return -ENODEV; if (info->state != FBINFO_STATE_RUNNING)
return -EPERM; if (info->fbops->fb_read)
return info->fbops->fb_read(info, buf, count, ppos); //如果该设备fb_info结构体有read函数，就执行registered_fb[fbidx]->fbops->fb_read total_size = info->screen_size; if (total_size == )
total_size = info->fix.smem_len; if (p >= total_size)
return ; if (count >= total_size)
count = total_size; if (count + p > total_size)
count = total_size - p; buffer = kmalloc((count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count,
GFP_KERNEL);
if (!buffer)
return -ENOMEM; src = (u32 __iomem *) (info->screen_base + p); if (info->fbops->fb_sync)
info->fbops->fb_sync(info); while (count) {
c = (count > PAGE_SIZE) ? PAGE_SIZE : count;
dst = buffer;
for (i = c >> ; i--; )
*dst++ = fb_readl(src++);
if (c & ) {
u8 *dst8 = (u8 *) dst;
u8 __iomem *src8 = (u8 __iomem *) src; for (i = c & ; i--;)
*dst8++ = fb_readb(src8++); src = (u32 __iomem *) src8;
} if (copy_to_user(buf, buffer, c)) {
err = -EFAULT;
break;
}
*ppos += c;
buf += c;
cnt += c;
count -= c;
}
kfree(buffer);
return (err) ? err : cnt;
}
由以上程序可知，read的调用和open类似。都依赖于对应设备的fb_info结构体info，在程序中是由registered_fb[fbidx]数组获取的。
3）最后，看一下registered_fb[fbidx]数组的定义，位于register_framebuffer函数中。
int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)
{
int i;
struct fb_event event;
struct fb_videomode mode; if (num_registered_fb == FB_MAX)
return -ENXIO;
num_registered_fb++;
for (i = ; i < FB_MAX; i++)
if (!registered_fb[i])
break;
fb_info->node = i; fb_info->dev = device_create(fb_class, fb_info->device,MKDEV(FB_MAJOR, i), "fb%d", i);//创建设备节点，名称为fbi，主设备号为FB_MAJOR 29，次设备号为i
if (IS_ERR(fb_info->dev)) {
/* Not fatal */
printk(KERN_WARNING "Unable to create device for framebuffer %d; errno = %ld\n", i, PTR_ERR(fb_info->dev));
fb_info->dev = NULL;
} else
fb_init_device(fb_info); if (fb_info->pixmap.addr == NULL) {
fb_info->pixmap.addr = kmalloc(FBPIXMAPSIZE, GFP_KERNEL);
if (fb_info->pixmap.addr) {
fb_info->pixmap.size = FBPIXMAPSIZE;
fb_info->pixmap.buf_align = ;
fb_info->pixmap.scan_align = ;
fb_info->pixmap.access_align = ;
fb_info->pixmap.flags = FB_PIXMAP_DEFAULT;
}
}
fb_info->pixmap.offset = ; if (!fb_info->pixmap.blit_x)
fb_info->pixmap.blit_x = ~(u32); if (!fb_info->pixmap.blit_y)
fb_info->pixmap.blit_y = ~(u32); if (!fb_info->modelist.prev || !fb_info->modelist.next)
INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist); fb_var_to_videomode(&mode, &fb_info->var);
fb_add_videomode(&mode, &fb_info->modelist);
registered_fb[i] = fb_info; //赋值到registered_fb[i]数组中
event.info = fb_info;
fb_notifier_call_chain(FB_EVENT_FB_REGISTERED, &event);
return ;
}
接下来看一下fb硬件驱动程序，以/drivers/video/s3c2410fb.c为例。
1）驱动入口
static struct platform_driver s3c2410fb_driver = {
.probe = s3c2410fb_probe,
.remove = s3c2410fb_remove,
.suspend = s3c2410fb_suspend,
.resume = s3c2410fb_resume,
.driver = {
.name = "s3c2410-lcd",
.owner = THIS_MODULE,
},
};
int __devinit s3c2410fb_init(void)
{
return platform_driver_register(&s3c2410fb_driver);
}
static void __exit s3c2410fb_cleanup(void)
{
platform_driver_unregister(&s3c2410fb_driver);
}2）当平台设备的驱动和设备匹配后，会直接调用prob函数。
static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct s3c2410fb_info *info;
struct fb_info *fbinfo;
struct s3c2410fb_hw *mregs;
int ret;
int irq;
int i;
u32 lcdcon1; mach_info = pdev->dev.platform_data; //获取lcd设备信息
if (mach_info == NULL) {
dev_err(&pdev->dev,"no platform data for lcd, cannot attach\n");
return -EINVAL;
}
fbinfo = framebuffer_alloc(sizeof(struct s3c2410fb_info), &pdev->dev); //分配fb_info结构体
if (!fbinfo) {
return -ENOMEM;
}
//设置fb_info结构体
info = fbinfo->par;
info->fb = fbinfo;
info->dev = &pdev->dev; platform_set_drvdata(pdev, fbinfo);
dprintk("devinit\n");
strcpy(fbinfo->fix.id, driver_name);
memcpy(&info->regs, &mach_info->regs, sizeof(info->regs));
/* Stop the video and unset ENVID if set */
info->regs.lcdcon1 &= ~S3C2410_LCDCON1_ENVID;
lcdcon1 = readl(S3C2410_LCDCON1);
writel(lcdcon1 & ~S3C2410_LCDCON1_ENVID, S3C2410_LCDCON1); info->mach_info = pdev->dev.platform_data; fbinfo->fix.type = FB_TYPE_PACKED_PIXELS;
fbinfo->fix.type_aux = ;
fbinfo->fix.xpanstep = ;
fbinfo->fix.ypanstep = ;
fbinfo->fix.ywrapstep = ;
fbinfo->fix.accel = FB_ACCEL_NONE;
fbinfo->fbops = &s3c2410fb_ops;
fbinfo->flags = FBINFO_FLAG_DEFAULT;
fbinfo->pseudo_palette = &info->pseudo_pal; fbinfo->var.upper_margin = S3C2410_LCDCON2_GET_VBPD(mregs->lcdcon2) + ;
fbinfo->var.lower_margin = S3C2410_LCDCON2_GET_VFPD(mregs->lcdcon2) + ;
fbinfo->var.vsync_len = S3C2410_LCDCON2_GET_VSPW(mregs->lcdcon2) + ; fbinfo->var.left_margin = S3C2410_LCDCON3_GET_HFPD(mregs->lcdcon3) + ;
fbinfo->var.right_margin = S3C2410_LCDCON3_GET_HBPD(mregs->lcdcon3) + ;
fbinfo->var.hsync_len = S3C2410_LCDCON4_GET_HSPW(mregs->lcdcon4) + ;
fbinfo->fix.smem_len = mach_info->xres.max *
mach_info->yres.max *
mach_info->bpp.max / ; for (i = ; i < ; i++)
info->palette_buffer[i] = PALETTE_BUFF_CLEAR; if (!request_mem_region((unsigned long)S3C24XX_VA_LCD, SZ_1M, "s3c2410-lcd")) {
ret = -EBUSY;
goto dealloc_fb;
}
dprintk("got LCD region\n");
//硬件相关的操作，中断、时钟....
ret = request_irq(irq, s3c2410fb_irq, IRQF_DISABLED, pdev->name, info);
if (ret) {
dev_err(&pdev->dev, "cannot get irq %d - err %d\n", irq, ret);
ret = -EBUSY;
goto release_mem;
} info->clk = clk_get(NULL, "lcd");
if (!info->clk || IS_ERR(info->clk)) {
printk(KERN_ERR "failed to get lcd clock source\n");
ret = -ENOENT;
goto release_irq;
} clk_enable(info->clk);
dprintk("got and enabled clock\n"); msleep(); /* Initialize video memory */
ret = s3c2410fb_map_video_memory(info);
if (ret) {
printk( KERN_ERR "Failed to allocate video RAM: %d\n", ret);
ret = -ENOMEM;
goto release_clock;
}
ret = register_framebuffer(fbinfo);//注册fb_info结构体
if (ret < ) {
printk(KERN_ERR "Failed to register framebuffer device: %d\n", ret);
goto free_video_memory;
} /* create device files */
device_create_file(&pdev->dev, &dev_attr_debug); printk(KERN_INFO "fb%d: %s frame buffer device\n",
fbinfo->node, fbinfo->fix.id); return ; free_video_memory:
s3c2410fb_unmap_video_memory(info);
release_clock:
clk_disable(info->clk);
clk_put(info->clk);
release_irq:
free_irq(irq,info);
release_mem:
release_mem_region((unsigned long)S3C24XX_VA_LCD, S3C24XX_SZ_LCD);
dealloc_fb:
framebuffer_release(fbinfo);
return ret;
}
小结：
根据驱动结构和程序源码分析可知，lcd驱动程序需要完成以下几部分：
1）分配一个fb_info结构体：由函数framebuffer_alloc() 完成 ;
2）设置fb_info结构体;
3）注册fb_info：register_framebuffer();
4）硬件相关的操作