Linux平台LCD驱动程序2410

1、ARM LCD驱动合三星公司ARM9系列嵌入式处理器S3C2410,讲解如何进行LCD驱动程 序模块化编程及如何将驱动程序静态加载进系统内核。LCD （液晶显示）模块满足了嵌入式系统日益提高的要求，它可以显示汉 字、字符和图形，同时还具有低压、低功耗、体积小、重量轻和超薄等很多优点。 随着嵌入式系统的应用越来越广泛， 功能也越来越强大，对系统中的人机界面的 要求也越来越高，在应用需求的驱使下，许多工作在Linux下的图形界面软件包 的开发和移植工作中都涉及到底层 LCD驱动的开发问题。因此在嵌入式系统中 开发LCD驱动得以广泛运用。本文以三星公司 ARM9内核芯片S3C2410的LCD接口为基

2、础，介绍了在 Linux 平台上开发嵌入式LCD驱动程序的一般方法。本文硬件采用三星公司的 S3C2410芯片的开发板，软件采用Linux 2.4.19 平台，编译器为arm-linux-gcc的交义编译器，使用640%80分辨率的TFT彩色 LCD ,通过对其Linux驱动程序进行改写和调试，成功地实现了对该种屏的驱动 和显示。嵌入式驱动的概念设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口，设备驱动程序为应 用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件， 应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它主要完成的功能有：对设备进行初始化

3、和释放；把数据从内核传送到 硬件和从硬件读取数据；读取应用程序传送给设备文件的数据、回送应用程序请 求的数据以及检测和处理设备出现的错误。Linux将设备分为最基本的两大类：一类是字符设备，另一类是块设备。字 符设备和块设备的主要区别是：在对字符设备发出读 /写请求时，实际的硬件I/ O 一股就紧接着发生了。字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作，通常不使用缓冲技术；块设备则是以固定大小的数据块进行存储和读写的，如硬盘、软盘等，并利用一块系统内存作为缓冲区。为提高效率，系统对于块设备的读写提 供了缓存机制，由于涉及缓冲区管理、调度和同步等问题，实现起来比字符设备 复杂得多。LCD是以字符设备

4、方式加以访问和管理的，Linux把显示驱动看做字 符设备，把要显示的数据一字节一字节地送往 LCD驱动器。Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存 放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件， 完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为 设备编了号，每个设备号乂分为主设备号和次设备号。 主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3。Linux为所有的设备文件都提供了统一的操作函数接口，方法是使用数据结构struct fi

5、le_operations。这个数据结构中 包括许多操作函数的指针，如 open。、close()、read(河write()等，但由于外设的 种类较多，操作方式各不相同。Struct file_operations结构体中的成员为一系歹U 的接口函数，如用于读/写的read/write函数和用于控制的ioctl等。打开一个文 件就是调用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件有不同的f ile_operations成员函数，如普通的磁盘数据文件，接口函数完成磁盘数据块读写 操而对于各种设备文件，则最终调用各自驱动程序中的I/O函数进行具体设备的操作。这样，应用程

6、序根本不必考虑操作的是设备还是普通文件，可一律当作文件处理，具有非常活晰统一的I/O接口。所以file_operations是文件层次的I /O 接口。LCD控制器LCD控制器的功能是显示驱动信号，进而驱动 LCD。用户只需要通过读写 一系列的寄存器，完成配置和显示驱动。在驱动LCD设计的过程中首要的是配置LCD控制器，而在配置LCD控制器中最重要的一步则是帧缓冲区(FrameBu ffer)的指定。用户所要显示的内容皆是从缓冲区中读出，从而显示到屏幕上的。 帧缓冲区的大小由屏幕的分辨率和显示色彩数决定。驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点。S3C2410中的LCD控制器可支持STN和TF

7、T两种液晶。 对于STN液晶平板，该LCD控制器可支持4位双扫描、4位单扫描和8位单扫 描三种显示类型，支持4级和16级灰度级单色显示模式，支持 256色和4096 色显示，可接多种分辨率的 LCD,例如640X480、320X240和160X160等，在2 56色显示模式时，最大可支持 4096X024、2048 >2048和1024 >4096显示。TFT 液晶平板可支持1-2-4-8bpp (bits per pixel)调色板显示模式和16bpp非调色板 真彩显示。帧缓冲区是出现在Linux 2.2.xx及以后版本内核当中的一种驱动程序接 口，这种接口将显示设备抽象为帧缓冲

8、区设备区。帧缓冲区为图像硬件设备提供了一种抽象化处理，它代表了一些视频硬件设备，允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。这样软件无须了解任何涉及硬件底层驱动的东西(如硬件寄存器)。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和 I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行访问，如/dev/fb*。用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以进行 读写操作，而读写操作可以反映到 LCD。帧缓冲设备对应的设备文件是/dev/fb* o如果系统有多个显卡，Linux还支 持多个帧缓冲设备，最多可达 32个，即/dev/fb0/dev/fb31。而

9、/dev/fb则指向当 前的帧缓冲设备，通常情况下，默认的帧缓冲设备为 /dev/fb0。帧缓冲设备也届于字符设备，采用文件层-驱动层”的接口方式。在文件层为之定义了以下数据结构。Static struct file_operations fb_fops=(ower: THIS_MODULE,read: fb_read, /* 读操作 */write: fb_write, /* 写操作 */ioct1: fb_ioct1, /*I/O 操作 */mmap: fb_mmap, /* 映射操作 */open: fb_open, /* 打开操作*/release: fb_release, /* 关闭

10、操作*/其成员函数都在linux/driver/video/fbmem.c中定义，其中的函数对具体的硬件进 行操作，对寄存器进行设置，对显示缓冲进行映射。主要结构体还有以下几个。 Struct fb_fix_screeninfo:记录了帧缓冲设备和指定显示模式的不可修改信息。 它包含了屏舟缓斯区的物理地址和长度。 Struct fb_var_screeninfo：记录了帧缓冲设备和指定显示模式的可修改信息。它包括显示屏幕的分辨率、每个像素的比特数和一些时序变量。其中变量xres定义了屏幕一行所占的像素数，yres定义了屏幕一歹0所占的像素数，bits_per_pi xel定义了每个像素用多少个

11、位来表示。 Struct fb_info : Linux为帧缓冲设备定义的驱动层接口。它不仅包含了底层函数，而且还有记录设备状态的数据。每个帧缓冲设备都与一个fb_info结构相对应。其中成员变量 modename为设备名称，fontname为显示字体，fbops为指向 底层操作的函数的指针。LCD驱动开发的主要工作1编写初始化函数初始化函数首先初始化LCD控制器，通过写寄存器设置显示模式和颜色数， 然后分配LCD显示缓冲区。在Linux中可以用kmalloc()函数分配一段连续的空 间。缓冲区大小为：点阵行数X成阵列数 湖于表示一个像素的比特数/8。缓冲区 通常分配在大容量的片外 SDRAM

12、中，起始地址保存在LCD控制寄存器中。本 文采用的LCD显示方式为640%80, 16位彩色，则需要分配的显示缓冲区为 640><480>2=600kb。最后是初始化一个fb_info结构，填充其中的成员变量，并调 用 register_framebuffer(&fb_info)，将 fb_info 登记入内核。2编写成员函数编写结构fb_info中函数指针fb_ops对应的成员函数，对于嵌入式系统的 简单实现，只需要列三个函数就可以f。struct fb_opsint (*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix, int

13、con, struct fb_info *info);int (*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info);int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info);Struct fb_ops在include/linux/fb.h中定义。这些函数都是用来设置 /获取fb_info 结构中的成员变量的。当应用程序对设备文件进行ioctl操作时候会调用它彳。对于fb_get_fix()，应用程

14、序传入的是fb_fix_screeninfo结构，在函数中对其成员 变量赋值，主要是smem_start (缓冲区起始地址)和smem_len (缓冲区长度), 最终返回给应用程序。而fb_set_var()函数的传入参数是fb_var_screeninfo,函数 中需要对 xres、yres 和 bits_per_pixel 赋值。对于/dev/fb,对显示设备的操作主要有以下几种。读/写(read/write) /dev/fb :相当于读/写屏幕缓冲区。映射(map)操作：由于Linux工作在保护模式，每个应用程序都有自己的虚 拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，

15、 Linux在 文件操作file_operations结构中提供了 mmap函数，可将文件的内容映射到用户 空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到 用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓 冲区，在屏幕上绘图了。 I/O控制：对于帧缓冲设备，对设备文件的ioctl操作可读取/设置显示设备及 屏幕的参数，如分辨率、显示颜色数和屏幕大小等。ioctl的操作是由底层的驱动 程序来完成的。在应用程序中，操作/dev/fb的一般步骤如下：打开/dev/fb设备 文件；用ioctrl操作取得当前显示屏幕的参数，如屏幕分辨率和每个像素的比特数，根

16、据屏幕参数可计算屏幕缓冲区的大小； 将屏幕缓冲区映射到用户空间； 映 射后即可直接读写屏幕缓冲区，进行绘图和图片显示了。LCD模块化驱动在对S3C2410的LCD编写模块化驱动程序时，首先要从内核中去除 LCD 驱动。这里需要做一些改动，系统调用被加在以下文件中，需去除：/root/usr/src/arm/linux/kernel/sys.c； /root/usr/src/arm/linux/include/arm-arm 下的 unistd.h 和 lc d.h； /root/usr/src/arm/linux/arch/arm/kernel 下的 calls.s。编写模块化驱动程序，有以下

17、几个关键的函数。 lcd_kernel_init(void)/当模块被载入时执行 lcd_kernel_exit(void)/当模块被移出内核空间时被执行 lcd_kernel1_ioctl(struct*inode, struct*file, unsigned int cmd, unsigned longarg)其他功能每当装配设备驱动程序时，系统自动调用初始化模块lcd_kernel_init(void)。另一个必须提供的函数是lcd_kernel_exit(void),它在模块被卸载时调用，负责进 行设备驱动程序的工作。执行insmod lcd.o命令即可将LCD驱动添加到内核中，执行rmmod lcd命令即 可从内核中删除LCD驱