第七章LCD液晶顯示器

7.1LCD顯示器概述LCD它是一種數字顯示技術，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，并在平面面板上產生圖像。與傳統的陰極射線管(CRT)相比，LCD占用空間小、低功耗、低輻射、無閃爍、降低視覺疲勞，具有很大的發展潛力。1.LCD顯示器的分類扭曲向列型(TN-TwistedNematic)；超扭曲向列型(STN-SuperTN)；雙層超扭曲向列型（DSTN-Double-layerSuper-TwistedNematic）；薄膜晶體管型(TFT-ThinFilmTransistor)。2.LCD的常用指標PPI與分辨率PPI是指每平方英寸所擁有的像素(Pixel)數目。可見，PPI數值越高就意味著顯示屏能夠以更高的密度顯示圖像。顯示的密度越高，擬真度也就越高。目前通用的TFT液晶顯示屏大部分只有100PPI，如果擁有高一倍的顯示畫質(200PPI)，顯示效果會更好。分辨率標準目前市面上的分辨率標準多種多樣，主要有VGA、SVGA、UXGA和SXGA+。其中SXGA+所代表的顯示分辨率為1400x1050。Quad-VGA是三菱公司的一種新分辨率標準，它所代表的分辨率1280x960，與一般標準XGA的1280x1024顯示分辨率比較，Quad-VGA會較為扁平一點。尺寸標示LCD顯示器跟CRT顯示器除顯示方式不同以外，最大的區別就是尺寸的標示方法不一樣。例如，CRT顯示器在規格中標為17英寸，但實際可視尺寸達不到17英寸，只有15英寸多些；而對于LCD顯示器，如果標示為15.1英寸，那么可視尺寸就是15.1英寸。解析度LCD液晶顯示器不像CRT顯示器，它只支持“真實解析度”，通常等價于一般CRT顯示器的最高解析度。其主要差別在于，LCD液晶顯示器只有在“真實解析度”下才能表現最佳影像效果。解析度低于真實解析度時，影像可以被呈現，但影像無法如真實解析度般得到優化。7.2嵌入式處理器的LCD控制器7.2.1 LCD控制器的接口因為工作原理不同，液晶的顯示接口時序可以分為STN和TFT兩種。目前，一些嵌入式處理器可以同時支持STN和TFT的LCD顯示器。以STN顯示為例，從圖7.1可以看出片內集成的LCD控制器可以產生必要的控制信號，如VFRAME、VLINE、VCLK和VM等。傳輸顯示數據。LCD控制器的接口定義如表7-1示。圖7.1 LCD控制器的結構圖信號描述功能VFRAMELCD控制器和LCD驅動器的幀同步信號控制LCD的幀顯示，LCD控制器在一個完整的幀被顯示后發送此信號VLINELCD控制器和LCD驅動器的行同步信號LCD控制器通過它將水平移位寄存器中的內容顯示到LCD上，LCD控制器一整行數據被傳輸到LCD驅動器后發送VLINEVCLK刷新時鐘它是LCD控制器與LCD驅動器之間的像素時鐘信號，LCD控制器在此信號上升沿發送數據，LCD驅動器則在下降沿采樣數據VMLCD驅動器的交流信號LCD驅動器用此信號來改變行和列的電壓極性以控制像素的顯示與否VD[7:0]數據線LCD像素輸出端口表7-1LCD控制器的接口7.2.2 LCD控制器的設置

LCD驅動編寫的主要工作就是正確設置對應于所用LCD屏的CPU寄存器。表7-2所示為嵌入式處理器S3C2410中與LCD相對應的寄存器，表中給出了各個寄存器的簡單描述，如果想了解它們的詳細設置，請參考S3C2410的用戶手冊。寄存器宏定義地址讀/寫描述復位LCD控制寄存器1LCDCON10x4d000000讀/寫工作信號控制寄存器0x0LCD控制寄存器2LCDCON20x4d000004讀/寫LCD水平/垂直尺寸定義0x0LCD控制寄存器3LCDCON30x4d000008讀/寫LCD控制寄存器30x0LCD控制寄存器4LCDCON40x4d00000c讀/寫LCD控制寄存器40x0LCD控制寄存器5LCDCON50x4d000010讀/寫LCD控制寄存器50x0幀緩沖地址寄存器1LCDSADDR10x4d000014讀/寫液晶類型和掃描模式定義0x0幀緩沖地址寄存器2LCDSADDR20x4d000018讀/寫設定顯示緩沖區信息0x0幀緩沖地址寄存器3LCDSADDR30x4d00001c讀/寫設定虛擬屏偏移和頁面寬度0x0紅色設置寄存器REDLUT0x4d000020讀/寫定義8組紅色數據查找表0x0綠色設置寄存器GREENLUT0x4d000024讀/寫定義8組綠色數據查找表0x0藍色設置寄存器BLUELUT0x4d000028讀/寫定義8組藍色數據查找表0x0抖動模式寄存器DITHMODE0x4d00004c讀/寫STN抖動模式寄存器0x0臨時調色板寄存器TPAL0x4d000050讀/寫TFT臨時調色寄存器，其值在下一幀時將變成視頻數據0x0LCD中斷掛起寄存器LCDINTPND0x4d000054讀/寫掛起LCD中斷0x0LCD中斷源掛起寄存器LCDSRCPND0x4d000058讀/寫掛起LCD中斷源0x0LCD中斷屏蔽寄存器LCDINTMSK0x4d00005c讀/寫屏蔽LCD中斷源0x3表7-2 LCD控制器相關的設置1．設置VM、VFRAME、VLINEVM信號通過改變液晶的行列電壓的極性來控制像素的顯示，VM速率可以配置LCDCON1寄存器的MMODE位及LCDCON2寄存器的MVAL[7:0]。VM速率=VLINE速率/(2×MVAL)VFRAME和VLINE信號可以根據液晶屏的尺寸及顯示模式，配置LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL值，即：HOZVAL=(水平尺寸/VD數據位)-1彩色液晶屏時：水平尺寸＝3×水平像素點數VD數據位：VD=4(4位單/雙掃描模式) VD=8(8位單掃描模式)LINEVAL=垂直尺寸一1（單掃描模式）LINEVAL=（垂直尺寸／2）-1(雙掃描模式)2．設定VCLKVCLK是LCD控制器的時鐘信號，它的計算需要先計算數據傳送速率，由此設定的一個大于數據傳送速率的值為VCLKVAL(LCDCONl[21:12])。數據傳送速率=水平只寸×垂直尺寸×幀速率×模式值(MV)3．幀速率幀速率可由以下公式得到： VCLK(Hz)=MCLK/(CLKVAL×2)，其中LKVAL大于數據傳送速率且不小于2幀速率(Hz)=((1/VCLK)*(HOZVAL+1)+(1/MCLK) *(WLH+WDLY+LINEBLANK))*(LINEVAL+1)]-1?LINEBANK:水平掃描信號LINE持續時間設置（MCLK個數）。?LINEVAL:顯示屏的垂直尺寸。VCLK的計算還可以使用以下公式： VCLK(Hz)=(HOZVAL+1)/[(1/(幀速率×(LINEVAL+1))) -((WLH+WDLY+LINEBLANK)/MCLK)]4.設定數據幀顯示控制(LCDBASEU、LCDBASEL、PAGEWIDTH、OFFSIZE、LCDBANK)?LCDBASEU設置顯示掃描方式中的開始地址（單掃描方式）或高位緩存地址（雙掃描方式）。 ?LCDBASEL是設置雙掃描方式的低位緩存開始地址。可用以下計算公式：LCDBASEL=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)*(LINEVAL+1)?PAGEWDTH是顯示存儲區的可見幀寬度（半字數）。 ?OFFSIZE是顯示存儲區的前行最后半字和后行第一個半字之間的半字數。 ?LCDBANK是訪問顯示存儲區的地址A[27:22]值，ENVID=1時該值不能改變。7.3 基于Framebuffer的LCD驅動程序實際上，Linux為顯示設備專門提供了一類驅動程序，叫做幀緩沖(Framebuffer)設備驅動程序。7.3.1Framebuffer驅動結構FrameBuffer的核心是一塊供顯示使用的內存。由系統中顯示機構將顯示內存中的內容顯示到顯示設備上。幀緩沖驅動本質上是一個字符設備的驅動，但是具有自己的框架。Linux下FrameBuffer驅動的結構和邏輯都不復雜，主要需要構建驅動程序幀緩沖操作的數據結構structfb_ops，在其中包含注冊顯示緩沖實現函數的指計。1.FrameBuffer驅動的作用在程序設計中、對顯示的操作即是對顯示內存的操作。在簡單的操作系統中，可以直接利用寫顯示內存的方法，獲得顯示的效果。在Linux操作系統中，提供了一種普遍的顯示接口：FraraeBuffer驅動。使用FrameBuffer驅動可以更方便地完成應用程序的開發和系統的移植。如果僅僅是需要讓系統顯示出內容．只需要向顯示內存中寫入數據，對于Linux，只需要切入到內核態，對顯示內存進行操作即可。從這個角度來講，用戶不需要FrameBuffer時驅動也可以操作顯示。FrameBuffer驅動的優點在于，它為顯示程序的開發提供了一個框架。一方面，它封裝了一部分對顯示內存的操作，另一方面，它又對上層提供了統一的接口。開發者只需要實觀FrameBuffer驅動對硬件的移植，就可以在上層使用FrameBuffer驅動方便的接口。Linux中幀緩沖驅動主要涉及的文件是include/linux目錄中的fb.h。對于FrameBuffer驅動，不僅為用戶自己的程序調用，還可以被Linux內核和各種GUI系統調用。由于Linux內核集成了很多對FrameBuffer驅動的操作，很多GUI系統的顯示部分也是基于FrameBuffer驅動。Linux下的FrameBuffer驅動結構如圖7-2所示。用戶程序GUI系統Linux內核FrameBuffer驅動硬件(LCD控制器)移植層統一調用接口圖7-2Linux下的FrameBuffer驅動結構2．FrameBuffer驅動結構Linux的FrmneBuffer驅動從本質上，還是一種字符設備驅動程序，但是它不直接使用字符設備驅動程序的框架(file_operations)，而是有自己的另外一套框架。fb_info是一個描述FrameBuffer屬性的數據結構，以linux2.6內核為例，其定義如下:struct

fb_info{

intnode；

intflags；

struct

fb_var_screeninfo

var；/*顯示屏變量*/

struct

fb_fix_screeninfofix：/*顯示屏固定量*/

struct

fb_monspecs

monspecs；/*當前監視器規格*/

struct

work_structqueue；/*幀緩沖事件隊列*/

struct

fb_pixmap

pixmap；/*圖像硬件映射*/

struct

fb_pixmapsprite；/*硬件光標映射*/

struct

fb_cmap

cmap；/*當前cmap*/

struct

list_head

modelist；/*模式列表*/

struct

fb_ops*flops；

structdevice*device；#ifdefCONFIG_FB_TILEBLITTINGstruetfb_tile_ops*tileops；/*幀緩沖tile操作*/#endifchar__iomem*screen_base；/*虛擬地址*/unsignedlongscreen_size；/*IO重映射VRAM或者0*/void*pseudo_palene；/*為16位顏色的調色板*/#defineFBINFO_STATE_RUNNING0#defineFBINFO_STATE_SUSPENDED1u32state；/*硬件狀態，例如：掛起*/void*fbcon_par：/*fbcon使用的私有區域*//*以下為硬件相關的*/void*par;}；在這個數據結構中．最主要的成員為數據結構structfb_var_screeninfo，它描述了屏幕的狀態，例如可見顯示分辨率(visibleresolution)、虛擬顯示分辨率(virtualfesolution)，虛擬顯示偏移、像索深度等參數。其定義如下所示：structfb_vat_screeninfo{__u32xres；/*可見分辨率*/__u32yres；__u32xres_virtual;/*虛擬分辨率*/__u32yres_virtual;__u32xoffset;/*虛擬到可見的偏移量*/__u32yoffset；__u32bits_per_pixel；__u32grayscale；/*如果不為0灰度級代替彩色*/structfb_bitfiedred;/*如果為真色彩代表幀緩沖的位域*/__u32grayscale；/*如果不為0灰度級代替彩色*/structfb_bitfiedred;/*如果為真色彩代表幀緩沖的位域*/structfb_bitfiedgreen；/*否則只有長度有意義*/structfb_bitfiedblue;structfb_bitfiedtransp；/*透明度*/__u32nonstd;/*!=0非標準像素格式*/__u32activate；__u32height;/*畫面內存映射的高*/__u32width;/*畫面內存映射的寬*/__u32accel_flags；/*(廢棄)*/__u32pixclock；/*每秒的像素時鐘*/__u32left_margin；/*畫面事件同步的值*/__u32right_margin；__u32upper_margin；一u32lower_margin；__u32hsync_len;/*水平同步的長度*/__u32vsync_len;/*垂直同步的長度*/__u32sync；__u32vmode；__u32rotate：/*順時針轉動角度*/__u32reserved[5]；/*為兼容保留*/}；在structfb_var_screeninfo中，支持虛擬顯示屏，其概念為，顯示內存比實際可見區域要大。可見區域實際上是顯示內存中的一個部分，它是實際在LCD上顯示的區域。在顯示內存中，涉及的顯示屬性包括虛擬顯存寬度、虛擬顯存高度、定義偏移量x，偏移量y，可見區域寬度、可見區域高度。虛擬顯示屏的概念如圖11－6所示。虛擬顯存X虛擬顯存Y可見區域X可見區域Y偏移量X偏移量Y圖11－6虛擬顯示屏的概念注意：structfb_var_screeninfo定義了一個功能較為全面的顯示信息，在一般的LCD控制器中，不是每種功能都具有，或者即使LCD控制器有這種功能，但是不實現也可以完成基本的操作。fb_info的成員structfb_fix_screeninfo定義了顯示輸出設備的各種屬性，包括顯示緩沖的起始地址、顯示緩沖長度、顯示緩沖類型等。這參數在設置完成后，一般都是只讀的。structfb_fix_screeninfo{charid[16]；/*辨識字