12显示接口与Linux帧缓冲

1 Linux显示设备的软硬件设计 刘淼threewater up 2 LCD接口设计 LCD显示模块液晶显示是一种被动的显示 它不能发光 只能使用周围环境的光 它显示图案或字符只需很小能量 液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物 它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列 但在电场作用下能改变其排列方向 LCD的背光 EL 场致发光 2000 3000小时LED光源 50000小时新CCFL 60000小时 3 LCD的显示方式 反射型LCD 底偏光片后面加了一块反射板 它一般在户外和光线良好的办公室使用 透射型LCD 底偏光片是透射偏光片 它需要连续使用背光源 一般在光线差的环境使用 透反射型LCD 是处于以上两者之间 底偏光片能部分反光 一般也带背光源 光线好的时候 可关掉背光源 光线差时 可点亮背光源使用LCD 4 常见的液晶显示器物理结构 扭曲向列型 TN TwistedNematic 超扭曲向列型 STN SuperTN 双层超扭曲向列型 DSTN DualScanTortuosityNomograph 薄膜晶体管型 TFT ThinFilmTransistor 其中TN LCD STN LCD和DSYN LCD的基本显示原理都相同 只是液晶分子的扭曲角度不同而已 而TFT LCD则采用截然不同的显示方式 5 LCD通常由两种方式一种是带有LCD扫描芯片的LCD模块一种是通过LCD控制器 直接扫描LCD屏 比如 S3C2410处理器 带有LCD控制器 显示缓存和系统内存公用 可以支持STN 彩色 灰度 和TFT两种模式的LCDTFT模式下最多支持24位色 800 x600分辨率 LCD的驱动方式 6 S3C2410的LCD扫描模式 4 8位 单 双扫描模式 CSTN最多256级灰度显示缓冲区支持15 16 24位TFT模式支持RGB格式 7 典型的LCD模式信号线 LDD 数据线L PCLK 点时钟L LCLK 行频L FCLK 帧频L BIAS CSTN的AC信号 TFT的开启信号 8 4位单扫描STN模式 9 4位单扫描显示缓冲的对应关系 1个字节存储两个点的信息16级灰度 10 8位CSTN屏幕点阵 320 x240 11 8位单扫描CSTN模式 12 8位单扫描显示缓冲的对应关系 1个字节存储1个点的信息可以是用调色板 标准映射 13 16位单扫描TFT模式 14 16 15位显示缓冲的对应关系 15 VGA接口标准 广泛应用于PC的显示接口VGA SVGA XVGA等标准VGA的扫描过程和TFTLCD类似逐点 逐行扫描对于扫描频率要求高模拟RGB通道 16 VGA接口的定义 DB15接口 17 VGA的扫描时序特点 VGA时序上 不 关心 分辨率扫描是从屏幕的左上角开始 沿水平方向 逐行扫描 一直到右下角结束 如此反复循环扫描显示器只能根据帧同步和行同步信号来决定所显示图像的刷新频率 18 PXA270扩展VGA接口 VGA接口时序和TFT类似TFTLCD模式为数字接口 VGA的RGB通道是模拟量 需要DA转换DA选择考虑的问题精度 8位速度 27MHz通道数 3 19 视频处理的DA芯片 TI公司THS8133B THS8134BTHS8135BAD公司ADV7170 ADV7171 ADV7123 ADV7125其他FS453 FS454 20 THS8133B组成的VGA接口 THS8133B RGB 15 0 配置M 1 0 模拟RGB VGA接口 21 THS8133B的配置 THS8133B支持RGB YPbPr等模式如何配置 M1 L M2 INT LM2 INT是内部信号 需要在SYNC的上升沿配置 22 THS8133B的配置原理图 23 VGA接口行频 帧频 24 嵌入式处理器的分类 面向手持设备的处理器 S3C44B0 S3C2410 PXA255 PXA270 HMS30C7202 AU1200 网络处理器 IXP425 IXP1200 AT91RM9200 AU1500 兼有 EP9312 5 AU1100 25 嵌入式处理器与LCD的连接 26 集成了LCD控制器的嵌入式处理器体系结构 27 系统最低总线负担比较 28 片外的LCD控制器 29 前后台双重显示缓存的显示模块结构 30 Framebuffer设备驱动程序 提供给用户程序的就是一个直接面向显示缓冲区的统一接口应用程序只和Framebuffer驱动程序抽象出来的接口打交道 而不需要知道底层硬件的任何信息Framebuffer使得有GUI的程序移植起来很容易内核的Framebuffer驱动程序中还包括了控制台字符显示的代码 31 Framebuffer的结构 在Linux系统下 把显示缓冲区映射给用户空间应用程序直接操作显示缓冲区 mmap Linux中 有对framebuffer的专门支持 提供系统的ioctlX86下有支持 软件容易移植 32 Linux下Framebuffer举例 vfb vfb驱动程序是很好的例子vfb在系统内存中开辟一块空间作为虚拟显示缓存 模拟Framebuffer的行为 因此 vfb也不依赖于任何硬件vfb的源码在drivers video vfb c文件 分析源码从vfb派生的PXA270的LCD驱动程序 33 PXA270的LCD控制器 LCD控制器扫描对象由表中结构体描述 34 PXA270的LCD控制器的多缓冲结构 35 PXA270的LCD控制器的上的单缓冲 36 S3C2410的framebuffer驱动程序 S3C2410的framebuffer驱动在drivers video s3c2410fb c中s3c2410fb init fbinfo函数负责结构体structs3c2410fb info的初始化内核可以把Framebuffer作为控制台 37 Framebuffer的应用 Linux的framebuffer接口提供给用户访问显示设备的通用接口通过mmap映射显示缓冲给用户不包括任何绘图接口 38 Framebuffer示例 1 获得framebuffer信息的ioctl FBIOGET VSCREENINFOFBIOGET FSCREENINFO 39 if ioctl fb FBIOGET VSCREENINFO 40 Framebuffer示例 2 mmap调用 映射显示缓冲到用户空间fbdev fb mem mmap NULL fbdev fb size PROT READ PROT WRITE MAP SH