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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。 随着恢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接口为基础，介
2、绍了在Linux 平台上开发嵌入式LCD驱动程序的一般方法。木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的交叉编译器，使用640x480分辨率的TFT彩色 LCDl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 和显刀J嵌入式駆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 用程序屏蔽了硕件的细节，这样在应用程序看來，硕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：对设备进行初始化和释放；
3、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、冋送应用程序请 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1/ O般就紧接着发生了。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，如硕盘、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，曲于涉及缓冲区管理、调度和同步等问题，实现起來比字符设备 复杂得多。LCD是以字符设备方式加以访
4、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 口录下，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，每个设备号又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，而次设备号用來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，如硕盘的主设备号是3。Linux为所冇的设备文件都捉供了统 一的操作函数接口，方法是使用数据结构struct file
5、 operationso这个数据结构中 包括许多操作函数的指针，如open() close() read()和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*的成员为一系列 的接口函数，如用于读/写的read/write函薮和用于控制的ioctl等。打开一个文 件就是调用这个文件file operations中的open操作。不同类型的文件冇不同的f ile_operations成员函数，如普通的磁盘数拯文件，接口函数完成磁盘数据块读写 操祚；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，具有非常清晰统一的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
7、TFT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色显示模式吋，最大可支持4096x1024、2048x2048和1024x4096显示。TFT 液晶平板口J支持l248bpp (bits per pixel)调色板显示模式和16bpp非调色板 真彩显示。帧缓冲区是岀现在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区设备区。帧缓冲区为
8、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 界面來访问图像帔件设备。这样软件无须了解任何涉及硕件底层驱动的东西(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，$ll/dev/fb*o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Z后，就可以进行 读写操作，而读写操作可以反映到LCDo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，最多口J达32个，即/dev/fb0/dev/fb31 o而/dev/
9、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/fbOo帧缓冲设备也属于字符设备，采用“文件层张动层的接口方式。在文件层 为之定义了以下数据结构。Static struct file_operations fb_fbps= ower: THIS_MODULE, read: fb_read, /*读操作*/write: fb write, /*写操作*/ ioctl: fb ioct 1, /*I/O 操作*/ mmap: fb_mmap, /*映射操作*/ open: fb open, /*打开操作*/ release: fb release, /*关闭操作*/具成员函数
10、都在linux/driver/video/fbmem.c中定义，其中的函数对具体的驶件进 行操作，对寄存器进行设置，对显示缓冲进行映射。主要结构体还有以卜几个。 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。 它包含了屏家嘶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。 它包括显扁秦的分辨率、每个像索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定义了屏幕一列所占的像素数，bits_per_pi xel定义了每个像素用多少个位来表示。 Stru
11、ct fb info： Linux为帧缓冲设备定义的駆动层接口。它不仅包含了底层函 数，而且远看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駆动开发的主要工作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点阵列数x用于表示一个像索的比特数/&缓冲区 通常分配在大容量的片外SDRAM中，起始地址保存在LCD
12、控制寄存器中。木 文采用的LCD显示方式为640x480, 16位彩色，则需耍分配的显示缓冲区为640x480x2=600kbo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，只需晅卜列三个函数就可反了。struct fb ops int (*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *flx, int con, struct fb info *inf
13、o);int (*fb_get_var)(stmct fb var screeninfo *var, int con, struct fb info *info);int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfb *var, int con, struct fb_infb *info);Struct fb_ops在include/linux/fb.h中定义。这些函数都是用来设置/获取fbjnfo 结构中的成员变量的。当应用程序对设备文件进行ioctl操作时候会调用它们。 对于fb_get_fix(),应用程序传入的是fb fix screeninfo结构，在
14、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), 最终返冋给应用程序。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(rcad/writc) /dcv/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，每个应用程序都冇自己的虚 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，Linux在 文件操作file operations结
15、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，则町通过映射操作，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，Z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 程序來完成的。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操作取得当丽显示屏幕的参数，如屏幕分辨率和每个像素的比特 数，根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
16、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吋，首先要从内核中去除LCD 驱动。这里需要做一些改动，系统调用被加在以卜文件中，需去除：/root/usr/sr c/arm/1 inux/kemel/sys.c ； /root/usr/src/arm/linux/include/arm-arm 卜的 unistd.h 和 lc d.h； /root/usr/src/arm/linux/arch/arm/kemel Fcalls.So编写模块化驱动程序，有以下几个关键的函数。 lcdkernelinit(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彳亍 lcd kemel 1 _ioctl(struct*inode, struct*file,
