2019年11月23日 | TX2440裸机程序-LCD

一、LCD简介

LCD-liquid crystal  display 的简称，液晶显示器按驱动方式分为1.静态驱动、2.简单矩阵驱动及3.主动矩阵驱动。

其中，简单矩阵又可分为1.扭转向列型（TN）和超转向列型（STN）两种，而主动矩阵驱动则以TFT为主。

TN与STN都采用场电压驱动方式，如果显示尺寸加大，中心部分对电机变化的反应时间就会变长，显示器的速度跟不上。为解决这个问题，主动矩阵驱动TFT被提出，他通过晶体管显示信号开启过关闭液晶分子的电压，从而避免了显示器对电场效应的依靠。

1.1LCD常见参数：

像素 ：LCD屏上所能控制最小单位

分辨率：LCD屏像素总数，一般采用“横向像素点x纵向像素点”，如320*240或640*480

位像素BPP：指某一分辨率下，每个像素点可以用多少bit来表示该点颜色。例如：16bpp表示用16bit表示像素点色彩，色彩范围是0--2^16。位像素与分辨率乘积决定显存大小。

刷新率：图像在屏幕上更新速度

物理尺寸：LCD外观对角线长度，单位为英寸。如3.5英寸、4.3英寸

1.2 LCD显示系统

S3C2440A 的LCD 控制器简介

S3C2440A 中的LCD 控制器由从位于系统存储器的视频缓冲区到外部LCD 驱动器的转移LCD 图像数据逻辑组成。LCD 控制器支持单色LCD 的单色、2 位每像素（4 阶灰度）或4 位每像素（16 阶灰度）模式，通过使用基于时间的抖动算法和帧频控制（FRC）方法，其可以连接到8 位每像素（256 色）的彩色LCD 面板和连接到12 位每像素（4096 色）的STN LCD。可以编程LCD 控制器来支持不同涉及屏幕水平和垂直像素数、数据接口的数据线宽度、接口时序和刷新率的需要。

特性

STN LCD 显示：

– 支持3 种类型的LCD 面板：4 位双扫描、4 位单扫描和8 位单扫描显示类型

– 支持单色、4 阶灰度和16 阶灰度

– 支持256 色和4096 色的彩色STN LCD 面板

– 支持多种屏幕尺寸

典型实际屏幕尺寸：640×480、320×240、160×160 等

最大虚拟屏幕尺寸为4M 字节

256 色模式最大虚拟屏幕尺寸：4096×1024、2048×2048、1024×4096 等

TFT LCD 显示：

– 支持TFT 的1、2、4、8 bpp（位每像素）调色显示

– 支持彩色TFT 的16、24 bpp 无调色显示

– 支持24 位每像素模式下最大16M 色TFT

– 支持多种屏幕尺寸

典型实际屏幕尺寸：640×480、320×240、160×160 等

最大虚拟屏幕尺寸为4M 字节

64K 色模式最大虚拟屏幕尺寸： 2048×1024 等

由SDRAM、CPU(S3C2440)、LCD驱动器、TFT型LCD共4部分组成。不管什么架构CPU，LCD显示系统组成都不会变化。一般LCD驱动器与LCD屏集成在一起。

LCD系统结构

工作原理：

1、将需要显示的图像存放在显示缓存中。S3C2440通过地址线和数据线实现对显存读取和存放。

嵌入式中没有专门的显存芯片，而是将S3C2440的内存SDRAM划出4Mbyte空间作为显示缓存。

2、LCD控制器通过数据线、控制线、时钟线将显示数据，传送给LCD驱动器。

LCD控制器集成在S3C2440（编写LCD驱动实质就是操作LCD控制器）

3、LCD驱动器将信号处理后，直接驱动TFT显示

注：

1、显存大小如何确定？显存大小=图形分辨率×位像素/8，TX2440使用东华LCD：若使用位像素为16，图形分辨率320*240，则16*320*240/8=150KB，则显存大于150KB即可。需要验证一下？？

验证：通过计算程序中显存终止地址-起始地址=显存大小

rLCDSADDR1（寄存器地址0x4d000014）----设置显存的起始地址（寄存器[20:0]对应起始地址[21:1]）

rLCDSADDR2（寄存器地址0x4d000018）----设置显存的终止地址（寄存器[20:0]对应终止地址[21:1]）      

程序中显示的帧缓冲区起始地址、结束地址定义

rLCDSADDR1=(((U32)LCD_BUFFER>>22)<<21)|M5D((U32)LCD_BUFFER>>1)

rLCDSADDR2=M5D( ((U32)LCD_BUFFER+(SCR_XSIZE_TFT*LCD_YSIZE_TFT*2))>>1 );     

其中：LCD_BUFFER---定义存放显示图像的数组unsigned short LCD_BUFFER[240][320]，占用空间=240*320*2byte=150KB（unsigned short 占用2个byte）         

显存大小=（终止地址-起始地址）*2=(4EBC2-3BFC2)*2=12C00*2=75KB*2=150KB  此处为什么乘以2，因为计算地址时，做了左移一位。

AXD调试时内存数据

经过上面验证可知：S3C2440的LCD控制器提供4Mbyte帧缓冲区（即LCD结构图中显存），而3.5寸的320*240LCD使用了150KB。

2、编写LCD驱动实质就是操作LCD控制器，下面重点讲解一下LCD控制器。

LCD控制器框架

由上图LCD控制框架可知：

由寄存器组REGBANK+定时器产生器TIMEGEN+视频多路开关VIDEOMUX+LPC3600(适用三星TFT屏)+LCD专用DMA LCDDMA+VIDPRCS构成，作用是：传送视屏数据以及产生需要的控制信号VFAME、VLIN 、VCLK、VM等。LCD控制器使用VD[23：0]传送图像数据到LCD驱动器。

REGBANK是17个寄存器组和调色板组成，作用是配置LCD控制器。重点

定时器产生器TIMEGEN作用：支持不同LCD驱动器接口时序图，产生VFAME、VLIN 、VCLK、VM等信号。

LCDDMA是专用DMA，自动地传送显存中像素数据，通过VD[23：0]传送到LCD驱动器。在此过程中，视屏数据不需要CPU干预，就能显示到LCD屏上。

VIDPRCS作用调整从LCDDMA接收图像数据格式，然后VD[23：0]传送到LCD驱动器。

LPC3600是专门适用三星TFT屏，TX2440使用东华LCD，所以不需要设置。

1.3 数据格式

下面以显示模式设定为TFT的16bpp为例，说明一下。由下图可知：

1、例如像P1每个像素点由16bit表示，占用视屏缓冲区2个字节（即地址000H--001H）

2、设置16bpp输出格式为5:5:1。即数据A[31：16]表示像素点1，而数据[15:0]表示像素点2。

3、图3中表示16BPP的数据在VD[23:0]传输格式。输出格式5:5:I等同5：5：1。

图1：16BPP在缓冲区存储数据格式 图2：16BPP输出视频数据格式 

图3：16BPP下VD引脚描述

1.4虚拟屏、视口概念

S3C2440支持4MB的虚拟屏幕，就是指显示图像的大小最大可达4MB。4MB的图像，即使使用24bpp的模式也是一个比较大的图片（1024×1024）。为了更好的使用这个特性S3C2440对于图像数据的读取处理给出了一个直观的图像，这个图像中，可以看到屏幕可以当成一个“视口”在这个4MB的图像区域“滑动”。这个视口可大可小，但是这个一般由你的设备的屏幕决定（TX2440的屏幕为3.5寸，大小为320×240）。

S3C2440A 支持硬件水平或垂直滚屏。要实现滚屏，需要改变LCDSADDR1/2 寄存器中LCDBASEU 和LCDBASEL 的字段，删除PAGEWIDTH 和OFFSIZE 的值。 实现前提：储存在视频缓冲器中的图像应该在尺寸上大于LCD 面板屏幕 。 未测试过

上面表示虚拟屏幕的地址空间必须4MB对齐，所以取其起始地址的[30:22]表示虚拟屏幕的地址。“视口”在这个4MB的空间内“滑动”，所以“视口”的起始地址就取[21:1]就可以了，它们之间的配合是一种偏移量的配合。但是由于内存中的数据是一行行的存放，所以需要使用偏移量来描述“窗口”每一行之间的偏移量。

二、硬件

TFT屏型号：东华3.5英寸LCD

cpu：S3C2440

SDRAM:K4S561632 x 2 (32M) x 2

电路图：

开发板与LCD屏接线图 LCD屏引脚与S3C2440接线表

其中：如何设置LCD输出视频?

          1、设置GPG4口为LCD_PWREN

          2、设置允许LCD_PWREN输出信号，通过LCDCON5寄存器中PWREN置1

          3、设置视频输出和逻辑允许，通过LCDCON1寄存器中ENVID置1

          4、设置控制信号的匹配极性（LCDCON5寄存器中INVVLNE 、INNNFAME、INVVD、INVVDEN 、INVPWER）

三、软件

3.1初始化

步骤

GPIO设置初始化

显示模式初始化

帧缓冲区设置初始化

其他

//以下TFT参数:由自己根据东华3.5寸TFT(WXCAT35.PDF)中时序图和参数表

//经过验证TFT使用以下参数能正常工作

#define VBPD (15) //垂直同步信号的后肩

#define VFPD (12) //垂直同步信号的前肩

#define VSPW (3) //垂直同步信号的脉宽

#define HBPD (38) //水平同步信号的后肩

#define HFPD (20) //水平同步信号的前肩

#define HSPW (30) //水平同步信号的脉宽

#define CLKVAL_TFT (6)

#define MVAL (13)

#define MVAL_USED (0) //0=each frame   1=rate by MVAL

#define INVVDEN (1) //0=normal       1=inverted

#define BSWP (0) //Byte swap control

#define HWSWP (1) //Half word swap control

#define PNRMODE (3) // 设置为TFT屏

#define BPPMODE (12) // 设置为16bpp模式

//TFT_SIZE

#define LCD_XSIZE_TFT (320)

#define LCD_YSIZE_TFT (240)

#define SCR_XSIZE_TFT (320)

#define SCR_YSIZE_TFT (240)

#define M5D(n) ((n) & 0x1fffff)//只取21位数据

volatile unsigned short LCD_BUFFER[SCR_YSIZE_TFT][SCR_XSIZE_TFT];//定义帧缓冲，占用320*240*2字节

void TFT_InitHardware(void)

{  

/*GPIO初始化--定义V[0]--V[23],和VM VFRAME VLINE VCLK控制信号*/

rGPCUP  = 0x00000000;

rGPCCON = 0xaaaa02a9; //GPC口定义成:1、像素数据输出端口V[0]--V[7]

 //2、VM VFRAME VLINE VCLK信号有效，

 //3、而LCDVF2 LCDVF1 LCDVF0 LEND信号无效 

rGPDUP  = 0x00000000;

rGPDCON=0xaaaaaaaa; //GPD口定义成:1、像素数据输出端口V[8]--V[23] 

 /*显示初始化*/

rLCDCON1=(CLKVAL_TFT<<8)|(MVAL_USED<<7)|(PNRMODE<<5)|(BPPMODE<<1)|0;

    //设置VCLK的分频比为6，VM信号的触发模式=each frame,

    //显示模式为 TFT LCD panel,彩色模式为16bpp TFT,ENVID=0(禁止LCD信号输出）

    //像素时钟：VCLK=HCLK/[(CLKVAL+1)*2]=100M/(7*2)=7.14M(3.5寸TFT的VCLK=6.4M,大于该值即可)

rLCDCON2=(VBPD<<24)|(LINEVAL_TFT<<14)|(VFPD<<6)|(VSPW);

   //rLCDCON2--设置垂直方向各信号时间参数（即列控制寄存器）

   //设置VBPD=15，VFPD=12，VSPW=5和LCD panel的垂直有效宽度=239    

   //LINEVAL_TFT--LCD最大显示行数， LINEVAL_TFT=LCD_YSIZE_TFT-1=240-1=239

rLCDCON3=(HBPD<<19)|(HOZVAL_TFT<<8)|(HFPD);

//rLCDCON3--设置水平方向各信号时间参数（即行控制寄存器）

//设置HBPD=238,LCD panel的水平有效宽度=319，HFPD=20   

//HOZVAL_TFT--LCD最大显示列数 HOZVAL_TFT=LCD_XSIZE_TFT-1=320-1=319

rLCDCON4=(MVAL<<8)|(HSPW);

//设置MVAL=13,HSPW=30 

rLCDCON5 = (1<<11) | (0<<10) | (1<<9) | (1<<8) | (0<<7) | (0<<6) | (1<<3)  |(BSWP<<1) | (HWSWP);

//1、TFT显示模式16BPP时，使用数据格式5:6:5  2、在VCLK下降沿读取数据

//3、HSYNC脉冲的极性：反转，VSYNC脉冲的极性：反转  4、VD数据线表示数据极性：正常

//5、VDEN信号极性：正常  6、LCD_PWREN信号输出使能  7、禁止字节交换，允许半字节交换

/*帧缓冲区初始化*/

/*

LCDBANK:视屏缓冲区内存地址：30-22位

LCDBASEU:视屏缓冲区的开始地址21-1位

LCDBASEL:视屏缓冲区的结束地址21-1位

*/

/*rLCDSADDR1[29:21]表示LCDBANK,rLCDSADDR1[20:0]表示LCDBASEU*/

rLCDSADDR1=(((U32)LCD_BUFFER>>22)<<21)|M5D((U32)LCD_BUFFER>>1);

//在内存中设置显存(帧缓冲区)起始地址，其中LCD_BUFFER是定义存放图像的数组，

//以该数组的地址作为显存的起始地址。其中LCD_BUFFER[21:0]表示4Mbyte空间。

/*rLCDSADDR2[20:0]表示LCDBASEL*/

rLCDSADDR2=M5D( ((U32)LCD_BUFFER+(SCR_XSIZE_TFT*LCD_YSIZE_TFT*2))>>1 );//设置帧缓冲区结束地址

       //LCDBASEL=(帧缓冲区结束地址)>>1+1

  //等同    =LCDBASEU+(PAGEWITH+OFFSIZE)*(LINEVAL+1)

       //        =M5D((U32)LCD_BUFFER>>1+((320*240)*2)>>1)   

       //        =M5D( ((U32)LCD_BUFFER+(SCR_XSIZE_TFT*LCD_YSIZE_TFT*2))>>1 )

      //1、为什么乘以2？因为每个像素点由2个字节即16bit组成（因为LCD设置16bpp）。如果设置为24bpp，则乘以4。

 //2、为什么M5D？因为计算缓冲区起始和结束地址时只需要A[20:0]

    /*  LCDSADDR3用于设置虚拟屏幕

OFFSIZE:虚拟屏幕左侧偏移的半字数(半字=16bit)，如果不使用虚拟屏幕，设置为0

PAGEWITH：虚拟屏幕一行的半字数，如果不使用虚拟屏幕，设置为实际屏幕行的半字数。

其中半字由16位表示，等同一个16bpp像素点

*/  

rLCDSADDR3=(((SCR_XSIZE_TFT-LCD_XSIZE_TFT)/1)<<11)|(LCD_XSIZE_TFT/1);

//设置虚拟屏的offset size和page width   

//offset size=(SCR_XSIZE_TFT-LCD_XSIZE_TFT)/1=0

//page width=(LCD_XSIZE_TFT/1)=320

/*其他项初始化*/

rLCDINTMSK|=(3); // MASK LCD Sub Interrupt

rTCONSEL &= (~7) ;   // Disable LPC3480

rTPAL=0; // Disable Temp Palette

}

3.2显示程序

3.2.1图片显示

//=============================================================

//语法格式： void TFT_Pitcure(int x0,int y0,int h,int l,unsigned char bmp[])

//实现功能： 在屏幕上指定坐标画一个指定大小的图片

//参数：

// x0 - 图片左上角x坐标

// y0 - 图片左上角y坐标

// h - 图片的高

// l - 图片的长

//              bmp[] - 图片的模

//返回值： 无

//注：用Image2LCD取模  水平扫描 16位真色彩 高位在前

//=============================================================

void TFT_Pitcure(int x0,int y0,int height,int width,unsigned char bmp[])

{

int x,y;

U32 c;

int p = 0;

    for( y = y0 ; y < width ; y++ )

    {

    for( x = x0 ; x < height ; x++ )

    {

    c = bmp[p+1] | (bmp[p]<<8) ;

if ( ( (x0+x) LCD_BUFFER[y0+y][x0+x] = c ;

    p = p + 2 ;//LCD_BUFFER数组的数据类型:unsigned short为2个字节

    }

    }

}

3.3时序图

LCD控制器时序图

寄存器参数：

VSPW：垂直同步信号的脉宽，单位为1行（Line）的时间。

VFPD: 垂直同步信号的前肩，单位为1行（Line）的时间。

VBPD: 垂直同步信号的后肩，单位为1行（Line）的时间。

LINEVAL ：垂直显示尺寸-1，即屏行宽-1。HBPD：水平同步信号的后肩，单位为1VCLK的时间。

HFPD：水平同步信号的前肩，单位为1VCLK的时间。

HSPW：水平同步信号的脉宽，单位为1VCLK的时间。

HOZVAL：水平显示尺寸-1，即屏列宽-1。由上图可知：扫描一帧所需的时间：=((VSPW+1)+(VBPD+1)+( LINEVAL+1)+(VFPD+1))个行时间。

扫描一行所所需的时间：= ((HSPW+1)+(HSPD+1）+(HFPD+1）+ (HOZVAL+1))个VCLK时间。而一个VCLK时间由LCD寄存器LCDCON1内的CLKVAL决定:=HCLK/[2*(CLKVAL+1)]因此扫描一帧所需的时间：T=[(VSPW+1)+(VBPD+1)+( LINEVAL+1)+(VFPD+1)]* [(HSPW+1)+(HSPD+1）+(HFPD+1）+ (HOZVAL+1)]* HCLK/[2*(CLKVAL+1)]即帧频率为:1/T

东华TFT型LCD(WXCAT35)时序图   

参数表

WXCAT35时序表

由以上参数表可知：

1、TFT的VCLK典型值=6.4M，所以外部提供给TFT的VCLK最好大于6.4M，这样能保证TFT正常显示。（以前提供VCLK=3.7M，导致FTF显示画面抖动）。实验板的HCLK=100M，CLKVAL=6，则  VCLK = HCLK/[(CLKVAL+1)x2]= 100/2*(6+1)= 7.14MHz，即满足要求。

2、参数设置：（由上面东华TFT型LCD(WXCAT35)时序图和表1的参数表可知）

1 、VBPD：确定帧同步信号和帧数据传输前的一段延迟时间，是帧数据传输前延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值。

VBPD=帧数据传输前延迟时间/行同步时钟间隔宽度=VSYNC_Back_porch/HSYNC_Period   (垂直同步信号的后肩)

=tvb/th=15

2、VFPD：确定帧数据传输完成后到下一帧同步信号到来的一段延迟时间,是帧数据传输后延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值

VFPD=帧数据传输后延迟时间/行同步时钟间隔宽度= VSYNC_front_porch/HSYNC_Period (垂直同步信号的前肩)

=tvf/th=12

3、VSPW：确定帧同步时钟脉冲宽度，是帧同步信号时钟宽度和行同步时钟间隔宽度的比值

VSPW =帧数据传输后延迟时间/行同步时钟间隔宽度= VSYNC_Pulsewidth/HSYNC_Period   (垂直同步信号的脉宽)