LCD 使用

1.Linux下LCD驱动简介

1.1 FrameBuffer

在 Linux 中应用程序最终也是通过操作 RGB LCD 的显存来实现在 LCD 上显示字符、图片等信息。在裸机中我们可以随意的分配显存，但是在 Linux 系统中内存的管理很严格，显存是需要申请的，不是你想用就能用的。而且因为虚拟内存的存在，驱动程序设置的显存和应用程序访问的显存要是同一片物理内存。
为了解决上述问题，Framebuffer 诞生了， Framebuffer 翻译过来就是帧缓冲，简称 fb，因此大家在以后的 Linux 学习中见到“Framebuffer”或者“fb”的话第一反应应该想到 RGBLCD或者显示设备。fb 是一种机制，将系统中所有跟显示有关的硬件以及软件集合起来，虚拟出一个 fb 设备，当我们编写好 LCD 驱动以后会生成一个名为/dev/fbX(X=0~n)的设备，应用程序通过访问/dev/fbX 这个设备就可以访问 LCD。NXP 官方的 Linux 内核默认已经开启了 LCD 驱动，因此我们是可以看到/dev/fb0 这样一个设备，如图 59.1.1.1 所示：

1.2 LCD驱动

不同分辨率的 LCD 屏幕其 eLCDIF 控制器驱动代码都是一样的，只需要修改好对应的屏幕参数即可。屏幕参数信息属于屏幕设备信息内容，这些肯定是要放到设备树中的，因此我们本章实验的主要工作就是修改设备树，NXP 官方的设备树已经添加了 LCD 设备节点，只是此节点的 LCD 屏幕信息是针对 NXP 官方 EVK 开发板所使用的 4.3 寸 480 * 272 编写的，我们需要将其改为我们所使用的屏幕参数。
我们简单看一下 NXP 官方编写的 Linux 下的 LCD 驱动，打开 imx6ull.dtsi，然后找到 lcdif节点内容，如下所示：

示例代码 59.1.2.1 中的 lcdif 节点信息是所有使用 I.MX6ULL 芯片的板子所共有的，并不是完整的 lcdif 节点信息。像屏幕参数这些需要根据不同的硬件平台去添加，比如向 imx6ullalientek-emmc.dts 中的 lcdif 节点添加其他的属性信息。从示例代码 59.1.2.1 可以看出 lcdif 节点的 compatible 属性值为“fsl,imx6ul-lcdif”和“fsl,imx28-lcdif”，因此在 Linux 源码中搜索这两个字符串即可找到 I.MX6ULL 的 LCD 驱动文件，这个文件为 drivers/video/fbdev/mxsfb.c，mxsfb.c就是 I.MX6ULL 的 LCD 驱动文件，在此文件中找到如下内容：


从示例代码 59.1.2.2 可以看出，这是一个标准的 platform 驱动，当驱动和设备匹配以后mxsfb_probe 函数就会执行。在看 mxsfb_probe 函数之前我们先简单了解一下 Linux 下Framebuffer 驱动的编写流程，Linux 内核将所有的 Framebuffer 抽象为一个叫做 fb_info 的结构体，fb_info 结构体包含了 Framebuffer 设备的完整属性和操作集合，因此每一个 Framebuffer 设备都必须有一个 fb_info。换言之就是，LCD 的驱动就是构建 fb_info，并且向系统注册 fb_info的过程。fb_info 结构体定义在 include/linux/fb.h 文件里面，内容如下(省略掉条件编译)：







第 1374 行，host 结构体指针变量，表示 I.MX6ULL 的 LCD 的主控接口，mxsfb_info 结构体是 NXP 定义的针对 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备结构体。也就是我们前面一直说的设备结构体，此结构体包含了 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备详细信息，比如时钟、eLCDIF控制器寄存器基地址、fb_info 等。
第 1395 行，从设备树中获取 eLCDIF 接口控制器的寄存器首地址，设备树中 lcdif 节点已经设置了 eLCDIF 寄存器首地址为 0X021C8000，因此 res=0X021C8000。
第 1401 行，给 host 申请内存，host 为 mxsfb_info 类型结构体指针。
第 1407 行，给 fb_info 申请内存，也就是申请 fb_info。
第 1413~1414 行，设置 host 的 fb_info 成员变量为 fb_info，设置 fb_info 的 par 成员变量为host。通过这一步就将前面申请的 host 和 fb_info 联系在了一起。
第 1416 行，申请中断，中断服务函数为 mxsfb_irq_handler
第 1425 行，对从设备树中获取到的寄存器首地址(res)进行内存映射，得到虚拟地址，并保存到 host 的 base 成员变量。因此通过访问 host 的 base 成员即可访问 I.MX6ULL 的整个 eLCDIF寄存器。其实在 mxsfb.c 中已经定义了 eLCDIF 各个寄存器相比于基地址的偏移值，如下所示：

继续回到示例代码 59.1.2.5中的 mxsfb_probe 函数，第1462 行，给 fb_info 中的 pseudo_palette申请内存。
第 1473 行，调用 mxsfb_init_fbinfo 函数初始化 fb_info，重点是 fb_info 的 var、fix、fbops，screen_base 和 screen_size。其中 fbops 是 Framebuffer 设备的操作集，NXP 提供的 fbops 为mxsfb_ops，内容如下：

关于 mxsfb_ops 里面的各个操作函数这里就不去详解的介绍了。mxsfb_init_fbinfo 函数通过调用 mxsfb_init_fbinfo_dt 函数从设备树中获取到 LCD 的各个参数信息。最后，mxsfb_init_fbinfo函数会调用 mxsfb_map_videomem 函数申请 LCD 的帧缓冲内存(也就是显存)。
第 1489~1490 行，设置 eLCDIF 控制器的相应寄存器。
第 1494 行，最后调用 register_framebuffer 函数向 Linux 内核注册 fb_info。
mxsfb.c 文件很大，还有一些其他的重要函数，比如 mxsfb_remove、mxsfb_shutdown 等，这里我们就简单的介绍了一下 mxsfb_probe 函数，至于其他的函数大家自行查阅。

2.驱动代码

①、LCD 所使用的 IO 配置。
②、LCD 屏幕节点修改，修改相应的属性值，换成我们所使用的 LCD 屏幕参数。
③、LCD 背光节点信息修改，要根据实际所使用的背光 IO 来修改相应的设备节点信息。
接下来我们依次来看一下上面这两个节点改如何去修改：

LCD 屏幕 IO 配置

首先要检查一下设备树中 LCD 所使用的 IO 配置，这个其实 NXP 都已经给我们写好了，不需要修改，不过我们还是要看一下。打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在 iomuxc 节点中找到如下内容：


第 2~27 行，子节点 pinctrl_lcdif_dat，为 RGB LCD 的 24 根数据线配置项。
第 30~36 行，子节点 pinctrl_lcdif_ctrl，RGB LCD 的 4 根控制线配置项，包括 CLK、ENABLE、VSYNC 和 HSYNC。
第 37~40 行，子节点 pinctrl_pwm1，LCD 背光 PWM 引脚配置项。这个引脚要根据实际情况设置，这里我们建议大家在以后的学习或工作中，LCD 的背光 IO 尽量和半导体厂商的官方开发板一致。
注意示例代码 59.3.1 中默认将 LCD 的电气属性都设置为 0X79，这里将其都改为 0X49，也就是将 LCD 相关 IO 的驱动能力改为 R0/1，也就是降低 LCD 相关 IO 的驱动能力。因为前面已经说了，正点原子的 ALPHA 开发板上的 LCD 接口用了三个 SGM3157 模拟开关，为了防止模拟开关影响到网络，因此这里需要降低 LCD 数据线的驱动能力，如果你所使用的板子没有用到模拟开关那么就不需要将 0X79 改为 0X49。

LCD 屏幕参数节点信息修改



示例代码 59.3.2 就是向 imx6ull.dtsi 文件中的 lcdif 节点追加的内容，我们依次来看一下示例代码 59.3.2 中的这些属性都是写什么含义。
第 3 行，pinctrl-0 属性，LCD 所使用的 IO 信息，这里用到了 pinctrl_lcdif_dat、pinctrl_lcdif_ctrl和 pinctrl_lcdif_reset 这三个 IO 相关的节点，前两个在示例代码 59.3.1 中已经讲解了。pinctrl_lcdif_reset 是 LCD 复位 IO 信息节点，正点原子的 I.MX6U-ALPHA 开发板的 LCD 没有用到复位 IO，因此 pinctrl_lcdif_reset 可以删除掉。
第 6 行，display 属性，指定 LCD 属性信息所在的子节点，这里为 display0，下面就是 display0子节点内容。
第 9~32 行，display0 子节点，描述 LCD 的参数信息，第 10 行的 bits-per-pixel 属性用于指明一个像素占用的 bit 数，默认为 16bit。本教程我们将 LCD 配置为 RGB888 模式，因此一个像素点占用 24bit，bits-per-pixel 属性要改为 24。第 11 行的 bus-width 属性用于设置数据线宽度，因为要配置为 RGB888 模式，因此 bus-width 也要设置为 24。
第 13~30 行，这几行非常重要！因为这几行设置了 LCD 的时序参数信息，NXP 官方的 EVK开发板使用了一个 4.3 寸的 480 * 272 屏幕，因此这里默认是按照 NXP 官方的那个屏幕参数设置的。每一个属性的含义后面的注释已经写的很详细了，大家自己去看就行了，这些时序参数就是我们重点要修改的，需要根据自己所使用的屏幕去修改。
这里以正点原子的 ATK7016(7 寸 1024 * 600)屏幕为例，将 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中的 lcdif 节点改为如下内容：



第 3 行，设置 LCD 屏幕所使用的 IO，删除掉原来的 pinctrl_lcdif_reset，因为没有用到屏幕复位 IO，其他的 IO 不变。
第 9 行，使用 RGB888 模式，所以一个像素点是 24bit。
第 15~23 行，ATK7016 屏幕时序参数，根据自己所使用的屏幕修改即可。

LCD 屏幕背光节点信息

正点原子的 LCD 接口背光控制 IO 连接到了 I.MX6U 的 GPIO1_IO08 引脚上，GPIO1_IO08复用为 PWM1_OUT，通过 PWM 信号来控制 LCD 屏幕背光的亮度，这个我们已经在第二十九章详细的讲解过了。正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板的 LCD 背光引脚和 NXP 官方 EVK 开发板的背光引脚一样，因此背光的设备树节点是不需要修改的，但是考虑到其他同学可能使用别的开发板或者屏幕，LCD 背光引脚和 NXP 官方 EVK 开发板可能不同，因此我们还是来看一下如何在设备树中添加背光节点信息。
首先是 GPIO1_IO08 这个 IO 的配置，在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中找到如下内容：

pinctrl_pwm1 节点就是 GPIO1_IO08 的配置节点，从第 3 行可以看出，设置 GPIO1_IO08这个 IO 复用为 PWM1_OUT，并且设置电气属性值为 0x110b0。
LCD 背光要用到 PWM1，因此也要设置 PWM1 节点，在 imx6ull.dtsi 文件中找到如下内容：

imx6ull.dtsi 文件中的 pwm1 节点信息大家不要修改，如果要修改 pwm1 节点内容的话请在imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中修改。在整个 Linux 源码文件中搜索 compatible 属性的这两个值即可找到 imx6ull 的 pwm 驱动文件，imx6ull 的 PWM 驱动文件为 drivers/pwm/pwm-imx.c，这里我们就不详细的去分析这个文件了。继续在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到向 pwm1追加的内容，如下所示：

第 3 行，设置 pwm1 所使用的 IO 为 pinctrl_pwm1，也就是示例代码 59.3.4 所定义的GPIO1_IO08 这个 IO。
第 4 行，将 status 设置为 okay。
如果背光用的其他 pwm 通道，比如 pwm2，那么就需要仿照示例代码 59.3.6 的内容，向pwm2 节点追加相应的内容。pwm 和相关的 IO 已经准备好了，但是 Linux 系统怎么知道PWM1_OUT 就是控制 LCD 背光的呢？因此我们还需要一个节点来将 LCD 背光和 PWM1_OUT连 接 起 来 。 这 个 节 点 就 是 backlight ， backlight 节 点 描 述 可 以 参 考Documentation/devicetree/indings/video/backlight/pwm-backlight.txt 这个文档，此文档详细讲解了backlight 节点该如何去创建，这里大概总结一下：

第 3 行，设置背光使用 pwm1，PWM 频率为 200Hz。
第 4 行，设置背 8 级背光(0~7)，分别为 0、4、8、16、32、64、128、255，对应占空比为0%、1.57%、3.13%、6.27%、12.55%、25.1%、50.19%、100%，如果嫌少的话可以自行添加一些其他的背光等级值。
第 5 行，设置默认背光等级为 6，也就是 50.19%的亮度。

pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA02__LCDIF_DATA02  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA03__LCDIF_DATA03  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA04__LCDIF_DATA04  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA05__LCDIF_DATA05  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA06__LCDIF_DATA06  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA07__LCDIF_DATA07  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA08__LCDIF_DATA08  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA09__LCDIF_DATA09  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA10__LCDIF_DATA10  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA11__LCDIF_DATA11  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA12__LCDIF_DATA12  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA13__LCDIF_DATA13  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA14__LCDIF_DATA14  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA15__LCDIF_DATA15  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA16__LCDIF_DATA16  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA17__LCDIF_DATA17  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA18__LCDIF_DATA18  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA19__LCDIF_DATA19  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA20__LCDIF_DATA20  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA21__LCDIF_DATA21  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA22__LCDIF_DATA22  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_DATA23__LCDIF_DATA23  0x49
			>;
		};

		pinctrl_lcdif_ctrl: lcdifctrlgrp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_LCD_CLK__LCDIF_CLK	    0x49
				MX6UL_PAD_LCD_ENABLE__LCDIF_ENABLE  0x49
				MX6UL_PAD_LCD_HSYNC__LCDIF_HSYNC    0x49
				MX6UL_PAD_LCD_VSYNC__LCDIF_VSYNC    0x49
			>;
		};

		pinctrl_pwm1: pwm1grp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__PWM1_OUT   0x110b0
			>;
		};


&lcdif {
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat    /* 使用到的IO */
		     &pinctrl_lcdif_ctrl>;
		     //&pinctrl_lcdif_reset>;    /* 没有用到reset，因为复位就直接板子复位了，删掉 */
	display = <&display0>;
	status = "okay";

	display0: display {									/* lcd属性信息 */
		bits-per-pixel = <24>;						/* 一个像素占用几个bit，16改成24,用RGB888 */
		bus-width = <24>;									/* 总线宽度 */

		display-timings {
			native-mode = <&timing0>;				/* 时序信息 */
			timing0: timing0 {
			clock-frequency = 51200000>;		/* LCD 像素时钟 */
			hactive = <1024>;								/* X轴像素个数 */
			vactive = <600>;								/* Y轴像素个数 */
			hfront-porch = <160>; 						/* LCD hfp 参数 */
			hback-porch = <140>; 							/* LCD hbp 参数 */
			hsync-len = <20>; 							/* LCD hspw 参数 */
			vback-porch = <20>; 							/* LCD vbp 参数 */
			vfront-porch = <12>; 						/* LCD vfp 参数 */
			vsync-len = <3>; 							/* LCD vspw 参数 */

			hsync-active = <0>; 						/* hsync 数据线极性 */
			vsync-active = <0>; 						/* vsync 数据线极性 */
			de-active = <1>; 									/* de 数据线极性 */
			pixelclk-active = <0>;					 /* clk 数据线先极性 */
			};
		};
	};
};

backlight { //背光
		compatible = "pwm-backlight";
		pwms = <&pwm1 0 5000000>;
		brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
		default-brightness-level = <6>;
		status = "okay";
	};

3.测试

Linux 内核启动的时候可以选择显示小企鹅 logo，只要这个小企鹅 logo 显示没问题那么我们的 LCD 驱动基本就工作正常了。这个 logo 显示是要配置的，不过 Linux 内核一般都会默认开启 logo 显示，但是奔着学习的目的，我们还是来看一下如何使能 Linux logo 显示。打开 Linux内核图形化配置界面，按下路径找到对应的配置项：












Linux嵌入式——驱动开发

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