第七章 LCD液晶显示器

第七章LCD液晶显示器

7.1LCD显示器概述LCD它是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，并在平面面板上产生图像。与传统的阴极射线管(CRT)相比，LCD占用空间小、低功耗、低辐射、无闪烁、降低视觉疲劳，具有很大的发展潜力。1.LCD显示器的分类扭曲向列型(TN-TwistedNematic)；超扭曲向列型(STN-SuperTN)；双层超扭曲向列型（DSTN-Double-layerSuper-TwistedNematic）；薄膜晶体管型(TFT-ThinFilmTransistor)。2.LCD的常用指标PPI与分辨率PPI是指每平方英寸所拥有的像素(Pixel)数目。可见，PPI数值越高就意味着显示屏能够以更高的密度显示图像。显示的密度越高，拟真度也就越高。目前通用的TFT液晶显示屏大部分只有100PPI，如果拥有高一倍的显示画质(200PPI)，显示效果会更好。分辨率标准目前市面上的分辨率标准多种多样，主要有VGA、SVGA、UXGA和SXGA+。其中SXGA+所代表的显示分辨率为1400x1050。Quad-VGA是三菱公司的一种新分辨率标准，它所代表的分辨率1280x960，与一般标准XGA的1280x1024显示分辨率比较，Quad-VGA会较为扁平一点。尺寸标示LCD显示器跟CRT显示器除显示方式不同以外，最大的区别就是尺寸的标示方法不一样。例如，CRT显示器在规格中标为17英寸，但实际可视尺寸达不到17英寸，只有15英寸多些；而对于LCD显示器，如果标示为15.1英寸，那么可视尺寸就是15.1英寸。解析度LCD液晶显示器不像CRT显示器，它只支持“真实解析度”，通常等价于一般CRT显示器的最高解析度。其主要差别在于，LCD液晶显示器只有在“真实解析度”下才能表现最佳影像效果。解析度低于真实解析度时，影像可以被呈现，但影像无法如真实解析度般得到优化。7.2嵌入式处理器的LCD控制器7.2.1 LCD控制器的接口因为工作原理不同，液晶的显示接口时序可以分为STN和TFT两种。目前，一些嵌入式处理器可以同时支持STN和TFT的LCD显示器。以STN显示为例，从图7.1可以看出片内集成的LCD控制器可以产生必要的控制信号，如VFRAME、VLINE、VCLK和VM等。传输显示数据。LCD控制器的接口定义如表7-1示。图7.1 LCD控制器的结构图信号描述功能VFRAMELCD控制器和LCD驱动器的帧同步信号控制LCD的帧显示，LCD控制器在一个完整的帧被显示后发送此信号VLINELCD控制器和LCD驱动器的行同步信号LCD控制器通过它将水平移位寄存器中的内容显示到LCD上，LCD控制器一整行数据被传输到LCD驱动器后发送VLINEVCLK刷新时钟它是LCD控制器与LCD驱动器之间的像素时钟信号，LCD控制器在此信号上升沿发送数据，LCD驱动器则在下降沿采样数据VMLCD驱动器的交流信号LCD驱动器用此信号来改变行和列的电压极性以控制像素的显示与否VD[7:0]数据线LCD像素输出端口表7-1LCD控制器的接口7.2.2 LCD控制器的设置

LCD驱动编写的主要工作就是正确设置对应于所用LCD屏的CPU寄存器。表7-2所示为嵌入式处理器S3C2410中与LCD相对应的寄存器，表中给出了各个寄存器的简单描述，如果想了解它们的详细设置，请参考S3C2410的用户手册。寄存器宏定义地址读/写描述复位LCD控制寄存器1LCDCON10x4d000000读/写工作信号控制寄存器0x0LCD控制寄存器2LCDCON20x4d000004读/写LCD水平/垂直尺寸定义0x0LCD控制寄存器3LCDCON30x4d000008读/写LCD控制寄存器30x0LCD控制寄存器4LCDCON40x4d00000c读/写LCD控制寄存器40x0LCD控制寄存器5LCDCON50x4d000010读/写LCD控制寄存器50x0帧缓冲地址寄存器1LCDSADDR10x4d000014读/写液晶类型和扫描模式定义0x0帧缓冲地址寄存器2LCDSADDR20x4d000018读/写设定显示缓冲区信息0x0帧缓冲地址寄存器3LCDSADDR30x4d00001c读/写设定虚拟屏偏移和页面宽度0x0红色设置寄存器REDLUT0x4d000020读/写定义8组红色数据查找表0x0绿色设置寄存器GREENLUT0x4d000024读/写定义8组绿色数据查找表0x0蓝色设置寄存器BLUELUT0x4d000028读/写定义8组蓝色数据查找表0x0抖动模式寄存器DITHMODE0x4d00004c读/写STN抖动模式寄存器0x0临时调色板寄存器TPAL0x4d000050读/写TFT临时调色寄存器，其值在下一帧时将变成视频数据0x0LCD中断挂起寄存器LCDINTPND0x4d000054读/写挂起LCD中断0x0LCD中断源挂起寄存器LCDSRCPND0x4d000058读/写挂起LCD中断源0x0LCD中断屏蔽寄存器LCDINTMSK0x4d00005c读/写屏蔽LCD中断源0x3表7-2 LCD控制器相关的设置1．设置VM、VFRAME、VLINEVM信号通过改变液晶的行列电压的极性来控制像素的显示，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信号可以根据液晶屏的尺寸及显示模式，配置LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL值，即：HOZVAL=(水平尺寸/VD数据位)-1彩色液晶屏时：水平尺寸＝3×水平像素点数VD数据位：VD=4(4位单/双扫描模式) VD=8(8位单扫描模式)LINEVAL=垂直尺寸一1（单扫描模式）LINEVAL=（垂直尺寸／2）-1(双扫描模式)2．设定VCLKVCLK是LCD控制器的时钟信号，它的计算需要先计算数据传送速率，由此设定的一个大于数据传送速率的值为VCLKVAL(LCDCONl[21:12])。数据传送速率=水平只寸×垂直尺寸×帧速率×模式值(MV)3．帧速率帧速率可由以下公式得到： VCLK(Hz)=MCLK/(CLKVAL×2)，其中LKVAL大于数据传送速率且不小于2帧速率(Hz)=((1/VCLK)*(HOZVAL+1)+(1/MCLK) *(WLH+WDLY+LINEBLANK))*(LINEVAL+1)]-1•LINEBANK:水平扫描信号LINE持续时间设置（MCLK个数）。•LINEVAL:显示屏的垂直尺寸。VCLK的计算还可以使用以下公式： VCLK(Hz)=(HOZVAL+1)/[(1/(帧速率×(LINEVAL+1))) -((WLH+WDLY+LINEBLANK)/MCLK)]4.设定数据帧显示控制(LCDBASEU、LCDBASEL、PAGEWIDTH、OFFSIZE、LCDBANK)•LCDBASEU设置显示扫描方式中的开始地址（单扫描方式）或高位缓存地址（双扫描方式）。 •LCDBASEL是设置双扫描方式的低位缓存开始地址。可用以下计算公式：LCDBASEL=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)*(LINEVAL+1)•PAGEWDTH是显示存储区的可见帧宽度（半字数）。 •OFFSIZE是显示存储区的前行最后半字和后行第一个半字之间的半字数。 •LCDBANK是访问显示存储区的地址A[27:22]值，ENVID=1时该值不能改变。7.3 基于Framebuffer的LCD驱动程序实际上，Linux为显示设备专门提供了一类驱动程序，叫做帧缓冲(Framebuffer)设备驱动程序。7.3.1Framebuffer驱动结构FrameBuffer的核心是一块供显示使用的内存。由系统中显示机构将显示内存中的内容显示到显示设备上。帧缓冲驱动本质上是一个字符设备的驱动，但是具有自己的框架。Linux下FrameBuffer驱动的结构和逻辑都不复杂，主要需要构建驱动程序帧缓冲操作的数据结构structfb_ops，在其中包含注册显示缓冲实现函数的指计。1.FrameBuffer驱动的作用在程序设计中、对显示的操作即是对显示内存的操作。在简单的操作系统中，可以直接利用写显示内存的方法，获得显示的效果。在Linux操作系统中，提供了一种普遍的显示接口：FraraeBuffer驱动。使用FrameBuffer驱动可以更方便地完成应用程序的开发和系统的移植。如果仅仅是需要让系统显示出内容．只需要向显示内存中写入数据，对于Linux，只需要切入到内核态，对显示内存进行操作即可。从这个角度来讲，用户不需要FrameBuffer时驱动也可以操作显示。FrameBuffer驱动的优点在于，它为显示程序的开发提供了一个框架。一方面，它封装了一部分对显示内存的操作，另一方面，它又对上层提供了统一的接口。开发者只需要实观FrameBuffer驱动对硬件的移植，就可以在上层使用FrameBuffer驱动方便的接口。Linux中帧缓冲驱动主要涉及的文件是include/linux目录中的fb.h。对于FrameBuffer驱动，不仅为用户自己的程序调用，还可以被Linux内核和各种GUI系统调用。由于Linux内核集成了很多对FrameBuffer驱动的操作，很多GUI系统的显示部分也是基于FrameBuffer驱动。Linux下的FrameBuffer驱动结构如图7-2所示。用户程序GUI系统Linux内核FrameBuffer驱动硬件(LCD控制器)移植层统一调用接口图7-2Linux下的FrameBuffer驱动结构2．FrameBuffer驱动结构Linux的FrmneBuffer驱动从本质上，还是一种字符设备驱动程序，但是它不直接使用字符设备驱动程序的框架(file_operations)，而是有自己的另外一套框架。fb_info是一个描述FrameBuffer属性的数据结构，以linux2.6内核为例，其定义如下:struct

fb_info{

intnode；

intflags；

struct

fb_var_screeninfo

var；/*显示屏变量*/

struct

fb_fix_screeninfofix：/*显示屏固定量*/

struct

fb_monspecs

monspecs；/*当前监视器规格*/

struct

work_structqueue；/*帧缓冲事件队列*/

struct

fb_pixmap

pixmap；/*图像硬件映射*/

struct

fb_pixmapsprite；/*硬件光标映射*/

struct

fb_cmap

cmap；/*当前cmap*/

struct

list_head

modelist；/*模式列表*/

struct

fb_ops*flops；

structdevice*device；#ifdefCONFIG_FB_TILEBLITTINGstruetfb_tile_ops*tileops；/*帧缓冲tile操作*/#endifchar__iomem*screen_base；/*虚拟地址*/unsignedlongscreen_size；/*IO重映射VRAM或者0*/void*pseudo_palene；/*为16位颜色的调色板*/#defineFBINFO_STATE_RUNNING0#defineFBINFO_STATE_SUSPENDED1u32state；/*硬件状态，例如：挂起*/void*fbcon_par：/*fbcon使用的私有区域*//*以下为硬件相关的*/void*par;}；在这个数据结构中．最主要的成员为数据结构structfb_var_screeninfo，它描述了屏幕的状态，例如可见显示分辨率(visibleresolution)、虚拟显示分辨率(virtualfesolution)，虚拟显示偏移、像索深度等参数。其定义如下所示：structfb_vat_screeninfo{__u32xres；/*可见分辨率*/__u32yres；__u32xres_virtual;/*虚拟分辨率*/__u32yres_virtual;__u32xoffset;/*虚拟到可见的偏移量*/__u32yoffset；__u32bits_per_pixel；__u32grayscale；/*如果不为0灰度级代替彩色*/structfb_bitfiedred;/*如果为真色彩代表帧缓冲的位域*/__u32grayscale；/*如果不为0灰度级代替彩色*/structfb_bitfiedred;/*如果为真色彩代表帧缓冲的位域*/structfb_bitfiedgreen；/*否则只有长度有意义*/structfb_bitfiedblue;structfb_bitfiedtransp；/*透明度*/__u32nonstd;/*!=0非标准像素格式*/__u32activate；__u32height;/*画面内存映射的高*/__u32width;/*画面内存映射的宽*/__u32accel_flags；/*(废弃)*/__u32pixclock；/*每秒的像素时钟*/__u32left_margin；/*画面事件同步的值*/__u32right_margin；__u32upper_margin；一u32lower_margin；__u32hsync_len;/*水平同步的长度*/__u32vsync_len;/*垂直同步的长度*/__u32sync；__u32vmode；__u32rotate：/*顺时针转动角度*/__u32reserved[5]；/*为兼容保留*/}；在structfb_var_screeninfo中，支持虚拟显示屏，其概念为，显示内存比实际可见区域要大。可见区域实际上是显示内存中的一个部分，它是实际在LCD上显示的区域。在显示内存中，涉及的显示属性包括虚拟显存宽度、虚拟显存高度、定义偏移量x，偏移量y，可见区域宽度、可见区域高度。虚拟显示屏的概念如图11－6所示。虚拟显存X虚拟显存Y可见区域X可见区域Y偏移量X偏移量Y图11－6虚拟显示屏的概念注意：structfb_var_screeninfo定义了一个功能较为全面的显示信息，在一般的LCD控制器中，不是每种功能都具有，或者即使LCD控制器有这种功能，但是不实现也可以完成基本的操作。fb_info的成员structfb_fix_screeninfo定义了显示输出设备的各种属性，包括显示缓冲的起始地址、显示缓冲长度、显示缓冲类型等。这参数在设置完成后，一般都是只读的。structfb_fix_screeninfo{charid[16]；/*辨识字