S3C2416裸机开发系列十一_RGB屏驱动显示

很多的嵌入式系统都需要人机交互，对于输出设备，LCD以其显示质量高、画面效果好等优点得到了极其广泛的应用。s3c2416包含了一个LCD控制器，笔者此处就s3c2416的LCD应用作一个简单的介绍。

1、LCD控制器概述

1.1. 接口

s3c2416的LCD控制器包含了一系列的逻辑单元用以支持把图像数据从系统主存储中的帧缓存传输到外部的LCD驱动接口中。LCD的驱动接口支持RGB和i80总线的显示设备。i80是intel提出的标准总线，如目前还在大量使用的8位51单片机，其存储器接口即为i8080接口。这种接口的显示屏内置LCD驱动芯片，有自己的帧缓存，能够自刷新，因此，处理器可以仅在需要修改屏幕显示时传输显示数据到LCD接口中。这种屏需解码处理器过来的命令数据，写屏速度较慢，适用于小尺寸的LCD屏。RGB显示屏显存由系统内存充当，处理器只要把显示的数据写入到相应的帧缓存中，启动显示后，LCD控制器通过专用DMA自动把显存的数据经接口传输到LCD屏中。因此，RGB屏的显示速度可以很快，常用于大尺寸的LCD屏中。笔者采用的是800*480像素点、16位RGB接口屏，因此以RGB接口屏作为讲解。

1.2. 虚拟屏幕

s3c2416 LCD控制器支持虚拟屏幕，可以设置一个较大的帧缓存，用来作为显示数据的缓冲池，屏幕大小是有限的，显示的数据也是有限的，可能只能显示帧缓存的一部分，所以将屏幕要显示的那部分内容叫做帧视口(View Port)。当需要水平或垂直滚屏时，只需更改帧视口相应的地址寄存器即可显示帧缓存中这部分的内容。例如，我们手机的地图应用，手机屏幕能看到的地图只是其中一部分，可以来回拖动看地图的相邻部分，而无需处理器在拖动时更改帧缓存的数据，提高系统性能。

图1-1. 虚拟屏幕滚动实例

1.3. 窗口混合

s3c2416 LCD控制器具有二层窗口，窗口0数据与窗口1对应数据经过alpha混合后再实际输出到屏接口中，其作用就是实现一种半透明(透明度0~1)的效果。可以选择平面混合，也可以选择像素混合，平面混合就是对窗口0与窗口1的所有像素点进行alpha混合，像素混合就是可以定义一种基色值，当窗口中的相应像素色值匹配到设定的基色时，可设定为完全透明，即直接看到背景窗口，窗口未匹配到基色的部分可以设定为原样显示。如果读者了解photoshop的话，窗口混合就像两个图层可以设置不同的透明度混合显示，或上一图层删除选区外的图像(透明基色)，实现选中的物体贴合在背景图片上。这种特性可以在我们鼠标光标、不规则按钮的实现等应用中。这种特性可以减少系统总的数据速率，增强系统性能。

图1-2 alpha混合以及基色应用

2. 驱动实现

2.1. RGB驱动编写要点

LCD在使用前需要根据所用屏的参数进行初始化设置，之后上层即可正确调用模块提供的底层驱动函数，实现相应的显示。

设置信号线，RGB接口需用到RGB_HSYNC、RGB_VSYNC、RGB_VCLK、RGB_VDEN、RGB_VD[23:0]，从引脚配置寄存器GPCCON、GPDCON中选择相应引脚功能。

设置RGB的数据格式，如设置屏的色深，像素在帧缓存中存放方式是高位在前还是低位在前，笔者使用的是16bpp (non-palletized, R: 5-G:6-B:5 )，像素数据在帧缓存存放方式需半字交换，在WINCON0、WINCON1中进行相应的设置。

设置数据传输时钟，LCD需要一个同步时钟来接收数据，这个参数也决定LCD屏刷新频率。通常LCD屏的刷新频率在60HZ~100HZ之间，低于60HZ，显示可能会闪烁，刷新频率过高也将造成LCD控制器数据传输率大大增加，虽然LCD控制器有LCD-DMA，数据传输时不占用cpu，但需占用系统总线，总线负载大，系统的性能受到影响。通常这个参数根据屏spec进行设置，笔者设置为33M(屏要求26.4M~46.8M)。

时序控制参数设置，根据屏的spec设定VBPD、VFPD、VSPW、HBPD、HFPD、HSPW，这些参数设置均有一定的裕度。VBPD(vertical back porch)表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数；VFBD(vertical front porch)表示在一帧图像结束后，垂直同步信号以前的无效的行数；VSPW(vertical sync pulse width)表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算；HBPD(horizontal back porch)表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数 ；HFPD(horizontal front porth)表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数；HSPW(horizontal sync pulse width)表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算。

屏像素大小设置，屏实际水平像素点减1值(HOZVAL)，垂直像素点减1值(LINEVAL)写入到VIDTCON2寄存器中。

帧缓存的地址设置，在窗口0与窗口1中相应的帧缓存地址寄存器中写入帧起启地址以及结束地址。

启用相应的显示窗口、启动LCD控制逻辑进行数据传输并开启背光。

2.2. 编程实现

LCD正确初始化完后，还需各种功能调用实现对屏的驱动显示。如最基本的画点、画线、清屏、显示字符、显示图形等功能。这些功能在各种GUI中均有实现，因此，笔者此处只给出GUI移植时最基本的设置某个像素、读取某个像素的函数实现，其余屏操作实现不再重述。在main.c测试代码中将给出双窗口显示，字体在背景中水平滚动的实例，以让读者对s3c2416 LCD控制器双窗口、alpha混合有一个了解，这种特性在一些应用中是非常有作用的。

模块lcd_rgb.c驱动实现如下：

#include"s3c2416.h"

#include "lcd_rgb.h"

#define     VBPD    15

#define     VFPD    5

#define     VSPW    5

#define     HBPD    25

#define     HFPD    88

#define     HSPW    20

static unsigned shortFrameBuffer[HSize*VSize];

unsigned short*GetFrameBuffer()

{

    return FrameBuffer;

}

void LCD_Enable(intEnable)

{

    if (Enable) {

        rVIDCON0 |= (0x03 << 0);

    } else {

        rVIDCON0 &= ~(0x03 << 0);

    }

}

voidLCD_BackLight(int On)

{

    rGPBCON &= ~(0x3 << 0);

    rGPBCON |= (0x1 << 0);

    if (On) {

        rGPBDAT |= (0x1 << 0);

    } else {

        rGPBDAT &= ~(0x1 << 0);

    }

}

void LCD_RGB_Init()

{  

    rGPCCON = 0xaaaa02aa; // GPC配置为RGB数据[7:0]、控制功能   

    rGPDCON = 0xaaaaaaaa; // GPD配置为RGB[23:8]

    LCD_Enable(0);

    // 16bpp (R5-G6-B5),第一像素在内存低地址,选择buffer0

    rWINCON0 = (5<<2) | (1<<16) |(0<<23);

    rWINCON1 = (5<<2) | (1<<16) |(1<<6);  

    // 选择HCLK＝100M，3分频得到VCLK=33.3M，RGB并口格式(RGB)，暂不启动控制逻辑

    rVIDCON0 = (0<<22) |(0<<13) | (0<<12) | (2<<6) |

               (1<<5) | (1<<4) | (0<<2) |(0<<0);

    // VCLK下降沿锁存数据,行场同步信号低激活,数据使能高有效

    rVIDCON1 = (0<<7) |(1<<6) | (1<<5) | (0<<4);   //设置时序控制参数

    rVIDTCON0 =((VBPD-1)<<16) | ((VFPD-1)<<8) | ((VSPW-1)<<0);

    rVIDTCON1 =((HBPD-1)<<16) | ((HFPD-1)<<8) | ((HSPW-1)<<0);

    // 设置屏幕像素尺寸

    rVIDTCON2 =((VSize-1)<<11) | ((HSize-1)<<0);

    // 设置OSD图像与屏幕尺寸一致

    rVIDOSD0A = (0<<11) |(0<<0);

    rVIDOSD0B = ((HSize-1)<<11)| ((VSize-1)<<0);  

    rVIDOSD1A =(0<<11) | (0<0);

    rVIDOSD1B = ((HSize-1)<<11) |((VSize-1)<<0);

    // alpha混合方式,基色匹配时全透明,未匹配部分完全不透明

    rVIDOSD1C = 0xfff000;

    // 设置帧缓存的地址

    rVIDW00ADD0B0 = (unsigned int)FrameBuffer;

    rVIDW00ADD1B0 = ((unsigned int)(FrameBuffer+ HSize*VSize) & 0xffffff);

    // 不使用虚拟屏幕

    rVIDW00ADD2B0 = (00<<13) |((HSize*2)<<0);

    // 窗口0使用

    rWINCON0 |= (1 << 0);

    LCD_Enable(1); 

    LCD_BackLight(1);  

}

voidLCD_ClearScreen(unsigned short BackColor)

{

    unsigned int i;

    for (i=0; i

        FrameBuffer[i] = BackColor;

    }  

}

voidLCD_SetPixel(unsigned int x, unsigned int y, unsigned short Color)

{

/*  if ((x >= HSize) || (y >= VSize)) {

        return;

    }

*/

    FrameBuffer[y*HSize+x] = Color;

}

unsigned shortLCD_GetPixel(unsigned int x, unsigned int y)

{

/*

    if ((x >= HSize) || (y >= VSize)) {

        return 0;

    }

*/ 

    return FrameBuffer[y*HSize+x];

}

在头文件lcd_rgb.h中，我们实现模块头文件的定义，如下：

#ifndef __LCD_RGB_H__

#define __LCD_RGB_H__

#ifdef__cplusplus

extern"C" {

#endif

#define HSize   800// 水平行像素点

#define     VSize   480 // 垂直像素点

extern voidLCD_BackLight(int On);

extern voidLCD_Enable(int Enable);

extern voidLCD_RGB_Init(void);

extern voidLCD_ClearScreen(unsigned short BackColor);

externunsigned short *GetFrameBuffer(void);

extern unsignedshort  LCD_GetPixel(unsigned int x,unsigned int y);

extern voidLCD_SetPixel(unsigned int x, unsigned int y, unsigned short Color);

#ifdef__cplusplus

}

#endif

#endif

在main.c测试代码中，我们设置窗口0显示静态背景图像，窗口1设置为基色匹配，基色为16位纯红(0xf800)，400*200的”hello world”字体图像背影为基色。当窗口0与窗口1混合时，窗口1的” hello world”图像基色背景被透明，屏幕显示窗口0的图像，” hello world”字体非基色部分完全不透明显示在屏幕中，改变窗口1的帧缓存地址，实现字体的水平滚动。main.c的验证代码如下：

#include "s3c2416.h"

#include "lcd_rgb.h"

extern const unsigned char gImage_picture[];

extern const unsignedchar gImage_hello_world[];

// 窗口1帧缓存,2个屏幕尺寸缓存空间,以支持滚屏

static unsigned shortWin1FrameBuffer[HSize*VSize*2];

voidDelay_ms(unsigned int nCount)

{

//延时1ms,共延时nCount(R0) ms

    __asm__ __volatile__ (

        "Delay1:\n\t"  

        "LDR  R1, =100000\n\t"  // Arm clock为400M     

        "Delay2:\n\t"

        "SUBS R1, R1, #1\n\t"  // 一个Arm clock

        "BNE  Delay2\n\t"      // 跳转会清流水线，3个Arm clock

        "SUBS R0, R0, #1\n\t"   // 调用者确保nCount不为0

        "BNE  Delay1\n\t"

        "BX   LR\n\t"

    );

}

// 窗口1用作双窗口混合显示示例,给出窗口1的设置代码

void win1_set()

{

    rVIDW01ADD0 = (unsigned int)Win1FrameBuffer;

    rVIDW01ADD1 = ((unsigned int)(Win1FrameBuffer + HSize*VSize) & 0xffffff);

    rVIDW01ADD2 = (00<<13) | ((HSize*2)<<0);

    // 基色匹配使能,匹配16bpp的颜色模式

    rW1KEYCON0 = (1<<25) | (1<<26) |(0x7<<16) | (0x3<<8) | (0x7<<0);

    // 基色设置为纯红

    rW1KEYCON1 = 0xff0000;

    // 窗口1使能

    rWINCON1 |= (1 << 0);

}

int main()

{  

    unsigned int j;

    unsigned int i;

    unsigned short *pBuffer;

    LCD_RGB_Init();

    win1_set();

    // 加载窗口0的背景图像

    pBuffer = GetFrameBuffer();

    for (i=0; i

        pBuffer[i] = ((unsigned short*)gImage_picture)[i];

    }

    // 窗口1帧缓存初始化为基色(纯红),即窗口1初始化为全透明

    for (i=0;i

        Win1FrameBuffer[i] = 0xf800;

    }

    // 窗口1加载进字体图像,字体图像为400*200,加载到屏幕的右下角开始水平滚动显示

    for (i=0; i<200; i++) {

        for (j=0; j<400; j++) {

            Win1FrameBuffer[(i+280)*800+(j+400)]= ((unsigned short *)gImage_hello_world)[i*400+j];

        }

    }

    pBuffer = Win1FrameBuffer;

    while (1) {

        Delay_ms(10);

        rVIDW01ADD0 = (unsigned int)(pBuffer++);

        rVIDW01ADD1 = ((unsigned int)((pBuffer++)+ HSize*VSize) & 0xffffff);

    }

}

2.3. 工程搭建

本章节代码采用GCC下的启动代码工程，关于GCC下启动代码的工程搭建请参考笔者” GCC启动代码工程应用实例”这篇文章，下载了GCC启动代码工程，只需简单地修改Makefile加入lcd_rgb.c/lcd_rgb.h屏驱动模块、双窗口混合显示测试代码main.c、图像数据picture.c和hello_world.c即可在顶层目录中make。采用Image2Lcd把图像生成相应的像素数据c文件，MDK下下载MDK启动代码工程，同上加入以上的代码文件即可编译。

2.4. 滚动效果示意

3. 附录

lcd_gcc.rar，本章节GCC下RGB屏演示工程，在MDK下开发只需下载MDK启动代码工程，加入lcd_rgb.c/lcd_rgb.h、picture.c、hello_world.c、main.c即可编译。

http://pan.baidu.com/s/1c0krrVE