基于LVDS接口的LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尹凱

摘要：本文介紹了具有LVDS接口的LCD在嵌入式顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)討論了與ARM處理器的接口電路設(shè)計(jì)和Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

關(guān)鍵詞：LVDS;LCD;幀緩沖

1.引言

LVDS接口的LCD具有傳輸數(shù)據(jù)快，功耗低等特點(diǎn)。LCD顯示一幅畫面稱為一幀，對(duì)于畫面中的所有RGB像素點(diǎn)，在Linux驅(qū)動(dòng)中會(huì)有一段緩沖區(qū)與之對(duì)應(yīng)，該緩沖區(qū)被稱為幀緩沖。本文主要探討了ARM處理器RGB數(shù)據(jù)的串行化輸出和Linux幀緩沖驅(qū)動(dòng)的配置操作。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

2.1LCD接口信號(hào)定義

本系統(tǒng)使用的是三菱電子的6.5寸LCD模塊AA065VE11，該模塊顯示分辨率為640×480，在接收端采用LVDS接口（使用的接口器件為THC63LVDF84B），支持單路6bit/8bit的RGB數(shù)據(jù)格式，管腳定義如下表所示。

2.2LVDS接口電路設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中，使用的ARM處理器是MARVELL公司的PXA270，PXA270內(nèi)置的LCD控制器的主要接口信號(hào)包括：

lLDD（17：0）：數(shù)據(jù)總線，一次可傳輸4位、8位、16位或18位數(shù)據(jù);

lL_PCLK_WR：像素時(shí)鐘，主動(dòng)模式下，像素時(shí)鐘連續(xù)跳變;

lL_LCLK_A0：行掃描時(shí)鐘，主動(dòng)模式下，它是水平同步信號(hào);

lL_FCLK_RD：幀掃描時(shí)鐘，在主動(dòng)模式下，它是垂直同步信號(hào);

lL_BIAS：AC偏置，主動(dòng)方式下，它是數(shù)據(jù)輸出使能信號(hào)。

我們這里使用18bpp像素深度的數(shù)據(jù)格式，顏色模式為RGB666，此時(shí)LCD控制器數(shù)據(jù)總線與RGB信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。

對(duì)于LCD控制器輸出的TTL電平信號(hào)，需要增加一個(gè)接口電路，實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)到LVDS差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這里使用TI公司的SN75LVDS83B串行器實(shí)現(xiàn)，硬件連接如下圖所示。

其中LVDS信號(hào)由3組數(shù)據(jù)差分和1組時(shí)鐘差分信號(hào)組成，每個(gè)數(shù)據(jù)通道傳輸6位數(shù)據(jù)。

3.Linux顯示驅(qū)動(dòng)開發(fā)

這里使用linux-2.6.35.9內(nèi)核版本作為軟件開發(fā)平臺(tái)，該內(nèi)核版本中已經(jīng)包含了幀緩沖（Framebuffer）設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)代碼，主要由fbmem.c和pxafb.c文件組成。在fbmem.c文件中，實(shí)現(xiàn)了提供給上層應(yīng)用程序調(diào)用的設(shè)備文件標(biāo)準(zhǔn)操作接口。在pxafb.c文件中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件設(shè)備的訪問接口，根據(jù)傳遞的硬件參數(shù)信息，完成硬件設(shè)備的初始化和其他操作。我們只需要根據(jù)自己的硬件配置對(duì)內(nèi)核中的現(xiàn)有代碼進(jìn)行裁剪、修改即可。

3.1LCD硬件參數(shù)計(jì)算

幀緩沖是Linux為顯示設(shè)備提供的一個(gè)接口，它對(duì)LCD設(shè)備在顯示一屏數(shù)據(jù)過程中的時(shí)序劃分如下圖所示。

其中各個(gè)參數(shù)的含義說明如下：

lxres：每行的像素點(diǎn)數(shù);

lyres：屏幕的行數(shù);

lhsync_len：水平同步信號(hào)的寬度，單位是像素時(shí)鐘周期;

lleft_margin：水平同步信號(hào)結(jié)束到一行有效數(shù)據(jù)開始之間的無效點(diǎn)數(shù);

lright_margin：一行有效數(shù)據(jù)結(jié)束到下一個(gè)水平同步信號(hào)開始之間的無效點(diǎn)數(shù);

lvsync_len：垂直同步信號(hào)的寬度，單位是行數(shù);

lupper_margin：垂直同步信號(hào)結(jié)束到一幀圖像開始之間的無效行數(shù);

llower_margin：一幀圖像結(jié)束到下一個(gè)垂直同步信號(hào)開始之間的無效行數(shù)。

AA065VE11的工作模式為DE（DATA ENABLE）模式，其主要接口時(shí)序見下表所示。

1）像素時(shí)鐘計(jì)算

根據(jù)表2中給出的DCLK信息，可以計(jì)算得到像素時(shí)鐘如下：

pixclock = （1<<12） /（（640+160）×（480+45）×60）= 39682;

其中像素時(shí)鐘的單位是皮秒，60表示每秒顯示60幀。

2）前后邊沿計(jì)算

前后邊沿是給水平、垂直同步信號(hào)往屏幕刷新數(shù)據(jù)所提供的預(yù)留時(shí)間，如果設(shè)置不當(dāng)會(huì)造成顯示圖像的偏移。從表2給出的DENA信息可以得知，LCD設(shè)備掃描一行的空白像素點(diǎn)數(shù)是160個(gè)，掃描一屏的空白行數(shù)是45行。因?yàn)槠聊簧巷@示的圖像是連續(xù)的，所以可以得到一行總的空白像素點(diǎn)數(shù)滿足如下等式：

right_margin + hsync_len + left_margin = 160;

可以得到一屏總的空白行數(shù)滿足如下等式：

upper_margin + lower_margin + hsync_len = 45;

在驅(qū)動(dòng)中配置LCD設(shè)備的硬件參數(shù)時(shí)，需要滿足以上兩個(gè)等式關(guān)系。

1.1Framebuffer驅(qū)動(dòng)配置

a）修改板級(jí)文件

在內(nèi)核目錄arch/arm/mach-pxa/下的板級(jí)文件中添加LCD設(shè)備的初始化代碼，主要改動(dòng)如下：

1） 添加LCD控制器的管腳信息

static unsigned long pcm027_lcd_pin_config[] = { GPIO58_LCD_LDD_0， GPIO59_LCD_LDD_1， GPIO60_LCD_LDD_2， GPIO61_LCD_LDD_3， GPIO62_LCD_LDD_4， GPIO63_LCD_LDD_5， GPIO64_LCD_LDD_6， GPIO65_LCD_LDD_7， GPIO66_LCD_LDD_8， GPIO67_LCD_LDD_9， GPIO68_LCD_LDD_10， GPIO69_LCD_LDD_11， GPIO70_LCD_LDD_12， GPIO71_LCD_LDD_13， GPIO72_LCD_LDD_14， GPIO73_LCD_LDD_15， GPIO86_LCD_LDD_16， GPIO87_LCD_LDD_17， GPIO74_LCD_FCLK， //TFT vsync GPIO75_LCD_LCLK， //TFT hsync GPIO76_LCD_PCLK， GPIO77_LCD_BIAS， //TFT output-enable

};

2） 添加LCD設(shè)備的硬件參數(shù)

static struct pxafb_mode_info mitsubishi_aa065ve11_mode = { .pixclock = 39682， //picosecond .xres = 640， .yres = 480， .bpp = 18， .hsync_len = 0， .left_margin = 80， .right_margin = 80， .vsync_len = 0， .upper_margin = 25， .lower_margin = 20， .sync = 0，

};

static struct pxafb_mach_info mitsubishi_aa065ve11_info = { .modes = &mitsubishi_aa065ve11_mode， .num_modes = 1， .lcd_conn = LCD_COLOR_TFT_18BPP，

};

3） 注冊平臺(tái)設(shè)備和資源

static void __init pcm027_init_lcd（void）

{ pxa2xx_mfp_config（ARRAY_AND_SIZE（pcm027_lcd_pin_config））; set_pxa_fb_info（&mitsubishi_aa065ve11_info）;

}

b）修改內(nèi)核配置

在內(nèi)核配置中添加對(duì)framebuffer設(shè)備的支持。

Graphics support --->

<*>Support for frame buffer devices --->

<*>PXA LCD framebuffer support

Console display driver support --->

<*>Framebuffer Console support

3.2啟動(dòng)界面測試

系統(tǒng)加電開機(jī)后，LCD可以正常顯示啟動(dòng)界面如下圖所示。整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中顯示良好，性能穩(wěn)定。

4.結(jié)束語

由于LVDS接口采用了低電壓和低電流驅(qū)動(dòng)方式，因此實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗，這類接口的LCD適合集成度高以及高速傳輸?shù)惹度胧綉?yīng)用場合。本文所介紹的軟硬件開發(fā)方法，具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] Marvell Inc.Marvell PXA270 Processor Developers Manual， 2009

[2] Mitsubishi Electric Corp.AA065VE11 Technical Specification， 2011

[3] 王黎明.深入淺出XScale嵌入式系統(tǒng).北京航空航天大學(xué)出版社， 2011