Linux应用开发（十二）——LCD控制器

前言

了解LCD显示器的接口和及时序
掌握S3C2410LCD控制器的使用方法
了解帧缓冲区的概念，掌握如何设置帧缓冲区来显示图像

一、LCD和LCD控制器

LCD显示器

LCD种类

LCD（Liquied Crystal Display），即液晶显示器，是一种采用了液晶控制透光技术来实现色彩的显示器。它与传统的CRT显示器相比有很多的优点：轻薄、能耗低、辐射小等。市场占有率很高。LCD有很多种类型，比如STN、TFT、LTPS TFT、OLED等，各有各的优缺点。

STN（超扭曲向列），有CSTN和DSTN之分，是4种LCD屏种最低端的一种，仅有的优点就是功耗低，在色彩鲜艳度和画面亮度上相对于TFT和其他LCD屏存在明显不足，在日光下几乎不能显示，而且响应时间也很长，简直是不能来播放视频，动画等。

TFT（薄膜晶体管）可以大大缩短屏幕响应时间，其响应时间已经小于80ms，并改善了STN连续显示时屏幕模糊闪烁，有效提高了动态画面的播放力，呈现话main色彩饱和度、真实效果和对比度都非常不错，完全超过了STN，知识功耗高。

LTPS（低温多晶硅）由TFT衍生的新一代的技术产品，可以获得更高的分辨率和更丰富的色彩。

OLED（有机发光二级管）各种物理特性都具备领先优势，色彩明亮，可视角度大，非常省电等

**注意：**这本书都是十年以前的了，最新信息还是大家网上收集资料

LCD的接口

CPU或显卡发出的图像数据是TTL信号，LCD本身接收的也是TTL信号。由于TTL信号在高速率的长距离传输时性能不佳，抗干扰能力也比较差，后来又提供了多种接口，比如LVDS，TDMS，GVIF，P&D，DVI和DEP等。它们实际上只是将CPU或显卡发出的TTL信号编码成各种信号以便传输，在LCD那边将接收到的信号进行解码得到TTL信号。

由于数字接口标准尚未统一，所以使用LCD时需要根据手册了解具体的接口定义。也是基于数字接口标准尚未统一的原因，市场上大多LCD都采用模拟信号接口，LCD需要先通过ADC将模拟信号转换为数字信号才能显示。
但是不管采用何种数字接口，本质的TTL信号是一样的

对于STNLCD

STN LCD的数据传输方式有3种：4位单扫，4位双扫，8位单扫。所谓**“单扫”是指对于一整屏的数据，从上到下，从左到右，一个一个的发送出来。“双扫”**是指将一整屏的数据分为上下两部分，同时地从上到下，从左到右，一个一个的发送出来。“4位”、“8位”是指发送数据时使用多少个数据线；需要注意的是，4位双扫方式也是用到8根数据线，其中4根用于上半屏数据，另外4根用于下半屏数据。
除数据信号外，还有其他控制信号，所有TTL信号如下：
在这里插入图片描述

对于TFT LCD

TFT LCD的TTL信号与STN类似，只是其数据信号多达24根，对应像素值中的每一位。
在这里插入图片描述

S3C2410LCD控制器

LCD控制器的特性与结构

S3C2410LCD控制器被用来向LCD传输数据，并提供必要的控制信号，比如VFRAME,VLINE,VCLK,VM等。可以支持STN LCD和TFTLCD。其特性如下（BPP表示bit per pixel，即每个色素使用多少位来表示其颜色）

STN LCD

支持3中扫描方式：4位单扫，4位双扫，8位单扫
支持单色（1BPP），4级灰度和16级灰度屏
支持256色（8BPP）和4096色（12BPP）彩色STN屏（CSTN）。

TFT LCD

支持单色，4级灰度，16级灰度
支持46K和16M色非调色板显示模式

S3C2410LCD控制器提供了驱动STNLCD，TFTLCD所需要的信号，另外还提供了颇外的信号以支持SEC公司生产的TFTLCD。这3类信号中很大部分是复用的

S3C2410控制器的内部结构如下所示
在这里插入图片描述 REGBANK是LCD寄存器组，含17个寄存器及一块265x16的调色板内存。用来设置各项参数。而LCDCDDMA，则是LCD控制器专用DMA信道，可以自动地从系统总线上取得图像数据，这使得显示图像时不需要CPU的干涉。VIDPRCS将LCDCDDMA中的数据组合成特定的格式（比如4位单扫，4位双扫，8位单扫等），然后从VD[23:0]发送给LCD屏。同时TIMEGEN和LPC3600负责产生LCD屏所需要的控制时序。例如VSYNC,HSYNC,VCLK,VDE等然后从VIDEO MUX送给LCD屏。其中LPC3600专用于SEC TFT LCD。

LCDCDDMA中有两个FIFO：FIFOH容量为16个字，FIFOL的容量为12个字。当使用”双扫方式时”，FIFOH，FIFOL分别传输上半屏、下半屏数据；当使用"单扫"的方式，只用到FIFOH。当FIFO为空时或者其中已经有其他数据已经减少到设定的阙值时，LCDCDDMA自动地发起DMA传输从内存中获得数据。

显示器上数据的格式

对于屏幕上的一整幅图像，它的数据是如何组织的？无论是CRT还是LCD显示器，它们都有一个共同的概念。
一幅图像被称为一帧，每帧由多行组成，每行由多个像素组成，每个像素的颜色使用若干位的数据来表示。对于单色显示器，每个像素使用1位来表示，被称为1BPP；对于256色显示器，每个像素使用8位来表示，称为8BPP。

显示器从屏幕左上方开始，一行一行地取得每个像素的数据并显示出来，当显示到一行的最右边时，跳到下一行的最左边开始显示一行；当显示完所有行后，跳到左上方开始下一帧。显示器沿着"Z"字型的路线进行扫描，使用HSYNC，VSYNC信号来控制扫描路线的跳转，HSYNC表示“跳转到最左边的时候了”，VSYNC表示“跳到最上面的时候了。”

在工作的显示屏上，可以看见在四周黑色的边框。上方的黑框是因为显示完所有行的数据时，显示器还没扫描到最下方（VSYNC信号还没给出），需要经过若干行之后第一行数据才有效：下方的黑框是因为显示完所有行的数据时，显示器还没扫描到最下方（VSYNC信号还没发出），这时数据已经无效；左边的黑框是因为当发出HSYNC信号时，需要经过若干像素之后第一列数据才有效；右边的黑框是因为显示完一行的数据时显示器还没扫描到最右边（HSYNC信号还没给出），这时数据已经无效。显示器只会依据VSYNC、HSYNC信号来取得、显示数据、并不理会数据是否有效，何时发出有效数据由显卡决定。

VSYNC信号出现的频率表示一秒钟能显示多少帧图像，称为垂直频率或场频率，这就是我们常说的“显示器频率”；HSYNC信号出现的频率称为水平频率。
显示器上，一帧数据的存放位置与VSYNC、HSYNC信号的关系如图所示

年代比较久远了，大家理解理论知识就行。
在这里插入图片描述 “有效数据”的行数、列数、即分辨率，它与VSYNC，HSYNC信号之间的距离等都是可以设置的，这是由显卡来完成的，这些设置在下面的操作中会看到。

TFTLCD的操作

先了解TFTLCD的时序，这使得我们在设置各个寄存器时有个形象的概念。每个VSYNC信号表示一帧数据的开始；每个HSYNC信号表示一行数据的开始；无论这些数据是否有效；每个VCLK信号表示正在传输一个像素的数据，无论它是否有效。数据是否有效只不过说对CPU的LCD控制器来说，LCD根据VSYNC，HSYNC，VCLK不停的读取总线数据、显示。
关于时序可参考下图：
在这里插入图片描述

VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始
VSPW表示VSYNC信号脉冲宽度为（VSPW+1）个HSYNC信号周期，即（VSPW+1）行，这（VSPW+1）行数据无效。
VSYNC信号脉冲之后，还要经过（VBPD+1）个HSYNC信号周期，有效行的行数据才出现。所以，在VSYNC信号有效之后，总共话要经过（VSPW+1+VPBD+1）个无效行，它对应上面视图的上方边框。
随后即连续发出（LINEVAL+1）行的有效数据
最后是（VFPD+1）个无效的行，对应到下方的边框。