第七章 LCD液晶顯示器

第七章LCD液晶顯示器

7.1LCD顯示器概述LCD它是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源，并在平面面板上產(chǎn)生圖像。與傳統(tǒng)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(fā)展?jié)摿Α?.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(biāo)PPI與分辨率PPI是指每平方英寸所擁有的像素(Pixel)數(shù)目?？梢?，PPI數(shù)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(zhì)(200PPI)，顯示效果會更好。分辨率標(biāo)準(zhǔn)目前市面上的分辨率標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，它所代表的分辨率1280x960，與一般標(biāo)準(zhǔn)XGA的1280x1024顯示分辨率比較，Quad-VGA會較為扁平一點(diǎn)。尺寸標(biāo)示LCD顯示器跟CRT顯示器除顯示方式不同以外，最大的區(qū)別就是尺寸的標(biāo)示方法不一樣。例如，CRT顯示器在規(guī)格中標(biāo)為17英寸，但實(shí)際可視尺寸達(dá)不到17英寸，只有15英寸多些；而對于LCD顯示器，如果標(biāo)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(shí)解析度”，通常等價(jià)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(shí)解析度”下才能表現(xiàn)最佳影像效果。解析度低于真實(shí)解析度時(shí)，影像可以被呈現(xiàn)，但影像無法如真實(shí)解析度般得到優(yōu)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?yàn)楣ぷ髟聿煌?，液晶的顯示接口時(shí)序可以分為STN和TFT兩種。目前，一些嵌入式處理器可以同時(shí)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(nèi)集成的LCD控制器可以產(chǎn)生必要的控制信號，如VFRAME、VLINE、VCLK和VM等。傳輸顯示數(shù)據(jù)。LCD控制器的接口定義如表7-1示。圖7.1 LCD控制器的結(jié)構(gòu)圖信號描述功能VFRAMELCD控制器和LCD驅(qū)動(dòng)器的幀同步信號控制LCD的幀顯示，LCD控制器在一個(gè)完整的幀被顯示后發(fā)送此信號VLINELCD控制器和LCD驅(qū)動(dòng)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(nèi)容顯示到LCD上，LCD控制器一整行數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絃CD驅(qū)動(dòng)器后發(fā)送VLINEVCLK刷新時(shí)鐘它是LCD控制器與LCD驅(qū)動(dòng)器之間的像素時(shí)鐘信號，LCD控制器在此信號上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，LCD驅(qū)動(dòng)器則在下降沿采樣數(shù)據(jù)VMLCD驅(qū)動(dòng)器的交流信號LCD驅(qū)動(dòng)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(shù)據(jù)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(shè)置

LCD驅(qū)動(dòng)編寫的主要工作就是正確設(shè)置對應(yīng)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(yīng)的寄存器，表中給出了各個(gè)寄存器的簡單描述，如果想了解它們的詳細(xì)設(shè)置，請參考S3C2410的用戶手冊。寄存器宏定義地址讀/寫描述復(fù)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(shè)定顯示緩沖區(qū)信息0x0幀緩沖地址寄存器3LCDSADDR30x4d00001c讀/寫設(shè)定虛擬屏偏移和頁面寬度0x0紅色設(shè)置寄存器REDLUT0x4d000020讀/寫定義8組紅色數(shù)據(jù)查找表0x0綠色設(shè)置寄存器GREENLUT0x4d000024讀/寫定義8組綠色數(shù)據(jù)查找表0x0藍(lán)色設(shè)置寄存器BLUELUT0x4d000028讀/寫定義8組藍(lán)色數(shù)據(jù)查找表0x0抖動(dòng)模式寄存器DITHMODE0x4d00004c讀/寫STN抖動(dòng)模式寄存器0x0臨時(shí)調(diào)色板寄存器TPAL0x4d000050讀/寫TFT臨時(shí)調(diào)色寄存器，其值在下一幀時(shí)將變成視頻數(shù)據(jù)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(guān)的設(shè)置1．設(shè)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(jù)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(shù)據(jù)位)-1彩色液晶屏?xí)r：水平尺寸＝3×水平像素點(diǎn)數(shù)VD數(shù)據(jù)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(shè)定VCLKVCLK是LCD控制器的時(shí)鐘信號，它的計(jì)算需要先計(jì)算數(shù)據(jù)傳送速率，由此設(shè)定的一個(gè)大于數(shù)據(jù)傳送速率的值為VCLKVAL(LCDCONl[21:12])。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)時(shí)間設(shè)置（MCLK個(gè)數(shù)）。?LINEVAL:顯示屏的垂直尺寸。VCLK的計(jì)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(shè)定數(shù)據(jù)幀顯示控制(LCDBASEU、LCDBASEL、PAGEWIDTH、OFFSIZE、LCDBANK)?LCDBASEU設(shè)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(shè)置雙掃描方式的低位緩存開始地址?？捎靡韵掠?jì)算公式：LCDBASEL=LCDBASEU+(PAGEWIDTH+OFFSIZE)*(LINEVAL+1)?PAGEWDTH是顯示存儲區(qū)的可見幀寬度（半字?jǐn)?shù)）。 ?OFFSIZE是顯示存儲區(qū)的前行最后半字和后行第一個(gè)半字之間的半字?jǐn)?shù)。 ?LCDBANK是訪問顯示存儲區(qū)的地址A[27:22]值，ENVID=1時(shí)該值不能改變。7.3 基于Framebuffer的LCD驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H上，Linux為顯示設(shè)備專門提供了一類驅(qū)動(dòng)程序，叫做幀緩沖(Framebuffer)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。7.3.1Framebuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)FrameBuffer的核心是一塊供顯示使用的內(nèi)存。由系統(tǒng)中顯示機(jī)構(gòu)將顯示內(nèi)存中的內(nèi)容顯示到顯示設(shè)備上。幀緩沖驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上是一個(gè)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，但是具有自己的框架。Linux下FrameBuffer驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)和邏輯都不復(fù)雜，主要需要構(gòu)建驅(qū)動(dòng)程序幀緩沖操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structfb_ops，在其中包含注冊顯示緩沖實(shí)現(xiàn)函數(shù)的指計(jì)。1.FrameBuffer驅(qū)動(dòng)的作用在程序設(shè)計(jì)中、對顯示的操作即是對顯示內(nèi)存的操作。在簡單的操作系統(tǒng)中，可以直接利用寫顯示內(nèi)存的方法，獲得顯示的效果。在Linux操作系統(tǒng)中，提供了一種普遍的顯示接口：FraraeBuffer驅(qū)動(dòng)。使用FrameBuffer驅(qū)動(dòng)可以更方便地完成應(yīng)用程序的開發(fā)和系統(tǒng)的移植。如果僅僅是需要讓系統(tǒng)顯示出內(nèi)容．只需要向顯示內(nèi)存中寫入數(shù)據(jù)，對于Linux，只需要切入到內(nèi)核態(tài)，對顯示內(nèi)存進(jìn)行操作即可。從這個(gè)角度來講，用戶不需要FrameBuffer時(shí)驅(qū)動(dòng)也可以操作顯示。FrameBuffer驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于，它為顯示程序的開發(fā)提供了一個(gè)框架。一方面，它封裝了一部分對顯示內(nèi)存的操作，另一方面，它又對上層提供了統(tǒng)一的接口。開發(fā)者只需要實(shí)觀FrameBuffer驅(qū)動(dòng)對硬件的移植，就可以在上層使用FrameBuffer驅(qū)動(dòng)方便的接口。Linux中幀緩沖驅(qū)動(dòng)主要涉及的文件是include/linux目錄中的fb.h。對于FrameBuffer驅(qū)動(dòng)，不僅為用戶自己的程序調(diào)用，還可以被Linux內(nèi)核和各種GUI系統(tǒng)調(diào)用。由于Linux內(nèi)核集成了很多對FrameBuffer驅(qū)動(dòng)的操作，很多GUI系統(tǒng)的顯示部分也是基于FrameBuffer驅(qū)動(dòng)。Linux下的FrameBuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖7-2所示。用戶程序GUI系統(tǒng)Linux內(nèi)核FrameBuffer驅(qū)動(dòng)硬件(LCD控制器)移植層統(tǒng)一調(diào)用接口圖7-2Linux下的FrameBuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)2．FrameBuffer驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)Linux的FrmneBuffer驅(qū)動(dòng)從本質(zhì)上，還是一種字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但是它不直接使用字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的框架(file_operations)，而是有自己的另外一套框架。fb_info是一個(gè)描述FrameBuffer屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以linux2.6內(nèi)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(dāng)前監(jiān)視器規(guī)格*/

struct

work_structqueue；/*幀緩沖事件隊(duì)列*/

struct

fb_pixmap

pixmap；/*圖像硬件映射*/

struct

fb_pixmapsprite；/*硬件光標(biāo)映射*/

struct

fb_cmap

cmap；/*當(dāng)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(diào)色板*/#defineFBINFO_STATE_RUNNING0#defineFBINFO_STATE_SUSPENDED1u32state；/*硬件狀態(tài)，例如：掛起*/void*fbcon_par：/*fbcon使用的私有區(qū)域*//*以下為硬件相關(guān)的*/void*par;}；在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中．最主要的成員為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structfb_var_screeninfo，它描述了屏幕的狀態(tài)，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(shù)。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(biāo)準(zhǔn)像素格式*/__u32activate；__u32height;/*畫面內(nèi)存映射的高*/__u32width;/*畫面內(nèi)存映射的寬*/__u32accel_flags；/*(廢棄)*/__u32pixclock；/*每秒的像素時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(nèi)存比實(shí)際可見區(qū)域要大。可見區(qū)域?qū)嶋H上是顯示內(nèi)存中的一個(gè)部分，它是實(shí)際在LCD上顯示的區(qū)域。在顯示內(nèi)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(qū)域?qū)挾?、可見區(qū)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(qū)域X可見區(qū)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(gè)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(shí)現(xiàn)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(shè)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(shù)在設(shè)置完成后，一般都是只讀的。structfb_fix_screeninfo{charid[16]；/*辨識字