嵌入式LCD裸機驅動的設計與實現

王永濤，虞 闖

(沈陽理工大學 信息科學與工程學院，沈陽 110159)

嵌入式LCD裸機驅動的設計與實現

王永濤，虞 闖

(沈陽理工大學 信息科學與工程學院，沈陽 110159)

設計一個典型的基于arm架構處理器的TFT-LCD顯示系統，處理器采用三星公司的S3C2440A，顯示器采用東華的WXCAT43-TG6液晶顯示模塊，通過對S3C2440A處理器中LCD控制寄存器中參數的分析，以及對WXCAT43-TG6模塊的控制時序和邏輯要求的研究，實現了由S3C2440控制WXCAT43-TG6圖像顯示的設計。

ARM；S3C2440；TFT-LCD；WXCAT43-TG6

隨著技術的不斷發(fā)展，嵌入式技術與顯示技術越來越受到人們的關注[1]。目前，國內TFT-LCD技術與嵌入式技術的結合還處在初級階段，TFT-LCD主要應用與低端處理器與高端智能產品中，在中低端產品中的應用還不夠廣泛。本文采用arm9處理器設計了一種典型的TFT-LCD顯示系統。WXCAT43-TG6是一種有源矩陣液晶顯示器模塊，其由驅動電路、背光燈和4線電阻觸摸屏組成，分辨率為480×272像素，用24bit數據信號能顯示16777216種色，適用于各種終端設備的顯示。

1 LCD控制器分析

處理器S3C2440A中的LCD 控制器可以用于傳輸視頻數據并且產生必要的控制信號，例如VCLK、VM 、VFRAME和VLINE等。除此之外，S3C2440A處理器還集成了傳輸視頻數據的數據端口，如圖1所示， 其中VD[23∶0]即為傳輸視頻數據的數據端口。在LCD控制器中主要包括 LPC3600、VIDPRCS、REGBANK、TIMEGEN 和 LCDCDMA等。其中， LCDCDMA模塊專門用于控制DMA，它可以通過專用DMA自動地把幀存儲器中的視頻數據讀取并傳輸；VIDPRCS用來接收LCDCDMA傳來的視頻數據，然后將數據變換為特定的格式，再通過VD[23∶0]數據端口將其發(fā)送到LCD驅動器中，例如4/8位單掃描或4位雙掃描顯示模式；在REGBANK模塊中包含用于配制LCD控制器的256×16個調色存儲器和17個可編程寄存器集；TIMEGEN模塊由可編程邏輯組成， 該模塊可以用來產生VCLK、VM VFRAME和VLINE信號等[2-3]。

圖1 LCD控制器方框圖

2 處理器與顯示器的連接

S3C2440A內置的LCD控制器提供33個輸出端口，其中包括24個數據位和9個控制位，如圖2所示。

VD[23∶0]表示LCD像素數據輸出端口； VFRAME/VSYNC可以收發(fā)LCD的控制器和驅動器之間的幀同步信號，該信號可以控制LCD屏顯示新的一幀的開始；HSYNC/VLINE可以收發(fā)LCD的控制器和驅動器之間的行同步信號，該信號可用于控制LCD驅動器將行移位寄存器中的內容送給LCD屏顯示；VCLK/DCLK表示像素的時鐘信號；DE/VM可以收發(fā)數據使能信號，該信號可用于控制像素點的顯示或熄滅。

3 TFT-LCD控制時序分析

TIMEGEN產生控制信號給LCD驅動器。這些控制信號的控制操作如圖3所示：VSYNC每當發(fā)出一個脈沖時，表示新的一幀(即一屏視頻數據)開始發(fā)送；每當HSYNC發(fā)出一個脈沖，意味著新的一行數據開始發(fā)送；每一個VCLK周期，表示一個像素點，即會通過VD數據線發(fā)送一個24位的數據，如圖所示只有在HOZVAL區(qū)域內VD數據線上發(fā)送的數據才會在屏幕上顯示，每行包含的VCLK周期數計算表達式為(HOZAL)+(HBPD+1)+(HSPW+1+1)+(HFPD+1)，每一幀包含的VCLK周期計算式為(HSPW+HBPD+HOZAL+ HFPD+4)(VSPW+VBPD+LINEVAL+VFPD+4)，其中，LCDCON1寄存器的CLKVAL字段可控制VCLK的頻率，其關系式為VCLK(Hz)=HCLK/[2(CLKVAL+1)]，以上表達式中的HSPW、HBPD、HOZAL、HFPD、VSPW、VBPD、LINEVAL和VFPD的值可在LCDCON2/3/4寄存器中設置[4-6]。

圖3 TFT-LCD控制時序圖

4 軟件設計

4.1 寄存器設置

因為S3C2440A處理器的大多數引腳都是多功能引腳，所以在使用前都需要將其配置成相關功能才能使用，首先將24個數據輸出管腳配置成VD功能，并打開其上拉功能。然后設置LCD的控制寄存器，其代碼為：

rLCDCON1=(clkval?8)|(mmode?7)|(pnrmode?5)|(bppmode?1);∥右值宏的值依次為4，0，3，13

rLCDCON2=(vbpd?24)|(lineval?14)|(vfpd?6)|(vspw);∥右值宏的值依次為1,9,271,1

rLCDCON3=(hbpd?19)|(hozval?8)|(hfpd);∥右值宏的值依次為1,1,479

rLCDCON4=hspw;∥其值為40

rLCDCON5=(bpp24b1?12)|(1?11)|(invvclk?10)|(invvline?9)(invvframe?8)|(invvd?7)|

(invvden?6)|(bswp?1)|hwswp;∥右值宏的值依次為0,0,1,1,0,0,0,0

其中，語句中的右值字符串為宏定義，分別對應各字段的值。除了以上寄存器外，還需要設置3個寄存器，它們是幀緩沖開始地址寄存器，這些寄存器包含LCDBANK、LCDBASEU、LCDB ASEL、OFFSIZE和PAGEWIDTH字段。對于單掃描模式，LCDBANK字段表示系統存儲器中視頻緩沖器的bank位置的A[30∶22]，LCDBASEU字段表示幀緩沖器的開始地址的A[21∶1]，LCDBASEL字段表示幀緩沖器的結束地址的A[21∶1]，OFFSIZE字段表示虛擬屏偏移尺寸，PAGEWIDTH字段表示虛擬屏頁寬度。當LCD控制器為打開時，可以通過改變LCDBASEU和LCDBASEL的值來實現滾屏。這三個寄存器的設置如下：

rLCDSADDR1=(((U32)1cd_buffer?22)?21)|lower21bits((U32)1cd_buffer?1);

rLCDSADDR2=lower21bits(((U32)1cd_buffer+ysize*xsize*4)?1);∥lcdbasel;

rLCDSADDR3=xsize*2;∥其中xsize和ysize480和272

其中l(wèi)cd_buffer定義為“volatile U32 lcd_buffer[ysize][xsize];”；low21bits()函數的功能是取參數的低21位；xsize和ysize的值為屏的大小，即為480和272。

4.2 程序設計

上面的過程已經初始化好了LCD的控制寄存器，現在打開LCD屏，操作為將LCDCON1寄存器的第1位置1；顯示圖像的操作為將圖像數據寫到視頻緩沖器中，例如顯示函數為：“void paint_bmp(U32 x0,U32 y0,U32 h,U32 l,const unsigned char bmp[]);”。

參數x0和y0為顯示圖像的左上角的位置，h和l表示圖像的右下角的位置，bmp即為圖像數據。在函數中要先將圖像數據轉化為24位表示，然后將其寫入lcd_buffer幀緩沖區(qū)中。LCDCDMA模塊會自動從幀緩沖區(qū)中將數據讀取并傳輸。

將一幅圖像數據載入并顯示，其結果見圖4。

圖4 圖像顯示示意圖

5 結束語

對TFT-LCD顯示器顯示原理及控制時序的詳細分析，通過軟件編碼對S3C2440A處理器中LCD控制寄存器中參數進行設置，實現了一種基于arm9處理器的LCD裸機驅動的設計。

[1]劉增水,胡力剛.基于ARM芯片的TFT-LCD顯示系統設計[J].儀表技術，2009(5):43-45.

[2]童慶平，劉篤仁.基于ARM芯片S3C2410的TFT-LCD驅動方法[J].電子元器件應用，2007(3):20-22.

[3]趙晶晶.基于Qt的多電飛機電源檢測系統研究及實現[D].南京：南京航空航天大學，2013.

[4]張有迪，張傳勝.基于ARM控制器的TFT-LCD顯示系統[J].長春工業(yè)大學學報：自然科學版，2012,33(6):681-685.

[5]吳利剛.基于ARM驅動TFT-LCD模塊研究與應用[D].汕頭：汕頭大學，2011.

[6]韋東山.嵌入式linux應用開發(fā)完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008:197-221.

(責任編輯：馬金發(fā))

Design and Implementation of an Embedded LCD Bare-metal Driver

WANG Yongtao，YU Chuang

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

Introduces a typical TFT-LCD display system design based on arm processor.The processor uses Samsung S3C2440A and display adopts the WXCAT43-TG6 liquid display module of Donghua.By analyzing the S3C2440 LCD control register parameters,as well as understanding the control timing and logic requires of WXCAT43-TG6 module,achieved the image displayed design by S3C2440 control WXCAT43-TG6.

ARM；S3C2440；TFT-LCD；WXCAT43-TG6

2015-07-01

王永濤(1988—)，男，碩士研究生；通訊作者：虞闖(1967—)，女，副教授，研究方向：計算機應用。

1003-1251(2016)06-0088-04

TP368

A