图解LCD硬件原理 && 调色板与Framebuffer原理
001LCD硬件原理
LCD操作原理
- LCD屏幕上的点称为像素
- 屏幕后面有电子枪【红绿蓝】：一边移动，一边发出颜色
- 每来一个clk，移动一个像素
- R、G、B三组线确定颜色
- 接收到HSYNC（水平同步信号）脉冲，电子枪从最右边跳到最左边。（跳到下一行）
- 接收到VSYNC[垂直同步信号]从最下边跳到最上边。（跳到原点）
LCD时序图
LCD硬件原理图
006 LCD设置
打开LCD4.3芯片手册，根据芯片手册设置
2440_LCD时序图
LCD display config
可以通过调整四边黑框调整屏幕边框
BPP（bit per pixel）
BPP：在FrameBuffer中每个像素占据多少位，
- 硬件上LCD的BPP是确定的 但是可以对LCD进行封装
- 16条线，每个像素占16位数据，16BPP
002 S3C2440_LCD控制器
功能：
1.从内存中（FrameBuffer）取出某个像素的数据：把FrameBuffer的地址告诉LCD控制器，BPP，分辨率
2.配合其他信号把数据发送给LCD：把时序告诉LCD控制器，设置引脚的极性
BLOCK DIAGRAM
16BPP
调色板[ palette]
本质：内存
- 16BPP中，本来用16bit表示1像素，也可用利用调色板，用8位表示；8BPP：伪彩色；16/24BPP：真彩色。
那么当使用像素深度为8pp时候，像素深度和我们的带宽不一致，我们的颜色要用16位表示，如果直接用上肯定不可能，那我们就可以选择用调色板，调色板中存放了256种16bpp的颜色，这时候我们color存放的就不是真实的颜色值了，而是存放的是调色板中256种颜色的索引，成线性关系一一对应，这样我们大大减轻了系统的负担。用16bpp还是8bpp这得取决实际情况，16bpp肯定比8pp清晰，但同时带来的负荷也更加重。
- 过程：FrameBuffer中8bit —> LCD控制器 —> 调色板中取16bit【用8bit作为索引，取出真正的颜色】 —> LCD
003LCD编程_框架与准备
定义结构体
- 定义引脚极性结构体
typedef struct pins_polarity{
int vclk; /* normal:在下降沿获取 */
int rgb; /* normal：高电平表示1 */
int hsync; /* normal：高脉冲 */
int vsync; /* normal：高脉冲 */
}pins_polarity,*p_pins_polarity;
- 定义时序结构体
typedef struct time_sequence{
/* 垂直方向 */
int tvp;/* vysnc脉冲宽度 */
int tvb;/* 上边黑框，Vertical Back porch */
int tvf;/* 下边黑框，Vertical Front porch */
/* 水平方向 */
int thp;/* hysnc脉冲宽度 */
int thb;/* 左边黑框，Horizontal Back porch */
int thf;/* 右边黑框，Horizontal Front porch */
}time_sequence,*p_time_sequence;
- 定义lcd参数结构体
typedef struct lcd_params{
/* 引脚极性 */
pins_polarity pins_pol;
/* 时序 */
pins_sequence time_seq;
/* 分辨率，bpp */
int xres;
int yres;
int bpp;
/* framebuffer的地址 */
unsigned int fb_base;
}lcd_params,*p_lcd_params;
004LCD_编程_抽象出重要结构体
结构体传参
005LCD_LCD控制器
S3C2440_controller.c：根据S3C2440数据手册，设置LCD控制器相关寄存器
引脚初始化
void jz2440_lcd_pin_init(void)
{
/* 初始化引脚 : 背光引脚*/
GPBCON &= ~0x3;
GPBCON |= 0x01;
/* 初始化引脚 : LCD专用引脚*/
GPCCON = 0xaaaaaaaa;
GPDCON = 0xaaaaaaaa;
/* PWREN */
GPGCON |= (3<<8);
}
LCDCON1
/* [17 : 8] :clkval,VCLK = HCLK / [(CLKVAL+1) x 2]
* 9 = 100M/ [(CLKVAL+1) x 2] ,clkval = 4.5 = 5
* clkval = 100/vclk/2-1
* [6 : 5]：0b11,TFT lcd
* [4:1]: bpp mode
* [0] : LCD video output and the logic enable/disable.
*/
int clkval = (double)HCLK/plcdparams ->time_seq.vclk/2-1+0.5;
int bppmode = plcdparams->bpp == 8 ? 0xb :\
plcdparams->bpp == 16 ? 0xc:\
0xd; /* 0xd:24bpp */
LCDCON1 = (clkval << 8) | (3<<5) | (bppmode<<1);
LCDCON2
/* [ 31:24 ] :VBPD = tvb - 1
* [ 23:14 ] :lineval = line - 1
* [ 13:6 ] :vfpd = tvf - 1
* [ 5:0 ] :vspw = tvp - 1
*/
LCDCON2 = ((plcdparams->time_seq.tvb - 1)<<24) | \
((plcdparams->yres - 1 )<<14) | \
((plcdparams->time_seq.tvf - 1)<<6) |\
((plcdparams->time_seq.tvp - 1)<<0);
LCDCON3
/* [ 25:19 ] :HBPD = thb - 1
* [ 13:6 ] :HOZVAL = 列 - 1
* [ 5:0 ] :HFPD = thf - 1
*/
LCDCON3 = ((plcdparams->time_seq.thb - 1)<<19) | \
((plcdparams->xres - 1 )<<8) | \
((plcdparams->time_seq.thf - 1)<<0) |\;
LCDCON4
/* [ 7:0 ] :HSPD = thp - 1
*/
LCDCON4 = ((plcdparams->time_seq.thp - 1)<<0);
LCDCON5
/* 用来设置引脚极性，设置16BPP，设置内存中像素存放的格式
* [12] : BPP24BL
* [11] : PRM565 , 1- 565
* [10] : INVVCLK,0 = The video data is fetched at VCLK falling edge
* [9] : HSYNC 是否反转
* [8] : VSYNC 是否反转
* [7] : INVVD,rgb是否反转
* [6] : INVVDEN
* [5] : INVPWREN
* [4] : INVLEND
* [3] : PWREN, LCD_PWREN output signal enable/disable
* [2] : ENLEND
* [1] : BSWP
* [0] : HWSWP
*/
pixelplace = plcdparams -> == 24 ? (0) |\
plcdparams-> == 16 ? (1) |\
(1<<1); /* 8BPP */
LCDCON5 = (plcdparams->pins_pol.vclk <<10) |\
(plcdparams->pins_pol.rgb<<7) |\
(plcdparams->pins_pol.hsync<<9) |\
(plcdparams->pins_pol.vsync<<8) |\
(plcdparams->pins_pol.de<<6) |\
(plcdparams->pins_pol.pwren<<5) |\
(1<<11) | pixelplace ;
FrameBuffer地址设置
LCDADDR1
/*
* [29:21] : LCDBANK,A[30:22] of fb
* [20:0 ] : LCDBASEU,A[21:1] of fb
*/
addr = plcdparams->fb_base & (1<<31)
LCDSADDR1 = (addr>>1) ;
LCDSADDR2
/*
* [20:0 ] : LCDBASEL,A[21:1] of end addr
*/
addr = plcdparams->fb_base + plcdparams->xres*plcdparams->yres*plcdparams->bpp/8;
addr >>= 1;
addr &= 0x1fffff;
LCDSADDR2 = addr;
LCD硬件原理图
006 LCD设置
打开LCD4.3芯片手册，根据芯片手册设置
#define LCD_FB_BASE 0x33c00000
lcd_params lcd_4_3_params = {
.name = "lcd_4.3",
.pins_polarity = {
.de = NORMAL, /* normal: 高电平时可以传输数据*/
.pwren = NORMAL, /* normal: 高电平有效 */
.vclk = NORMAL, /* normal: 在下降沿获取 */
.rgb = NORMAL, /* normal：高电平表示1 */
.hsync = INVERT, /* normal：高脉冲 */
.vsync = INVERT, /* normal：高脉冲 */
},
.time_sequence = {
/* 垂直方向 */
.tvp = 10,/* vysnc脉冲宽度 */
.tvb = 2 ,/* 上边黑框，Vertical Back porch */
.tvf = 2 ,/* 下边黑框，Vertical Front porc
h */
/* 水平方向 */
.thp = 41, /* hysnc脉冲宽度 */
.thb = 2, /* 左边黑框，Horizontal Back porch */
.thf = 2, /* 右边黑框，Horizontal Front porch */
.vclk = 9, /* MHZ */
},
.xres = 480,
.yres = 272,
.bpp = 16,
.fb_base = LCD_FB_BASE,
}
硬件16BPP软件上为何可以使用24bpp
008 画点线圆
FB基地址计算
unsigned int pixel_base = (unsigned int)(fb_base + (xres * bpp /8) * y + x * bpp / 8);
画点画线的基础都是描点
#include "lcd.h"
/* 实现画点 */
/* 获得LCD参数 */
static unsigned int fb_base;
static int xres, yres, bpp;
void fb_get_lcd_params(void)
{
get_lcd_params(&fb_base,&xres,&yres,&bpp);
}
/* rgb : 32 bit, 0x00RRGGBB */
unsigned short convert32bppto16bpp(unsigned int rgb)
{
int r = (rgb>>16) & 0xff;
int g = (rgb>>8) & 0xff;
int b = rgb & 0xff;
/* rgb 565 */
r = r >> 3;
g = g >> 2;
b = b >> 3;
return((r<<11) | (g<<5) | (b));
}
/* color : 32bit , 0x00RRGGBB
*
*/
void fb_put_pixel(int x,int y,unsigned int color)
{
unsigned char *pc; /* 8bpp */
unsigned short *pw; /* 16bpp */
unsigned int *pdw; /* 32bpp */
unsigned int pixel_base = (unsigned int)(fb_base + (xres * bpp /8) * y + x * bpp / 8);
switch(bpp)
{
case 8:
pc = (unsigned char *)pixel_base;
*pc = color;
break;
case 16:
pw = (unsigned short *)pixel_base;
*pw = convert32bppto16bpp(color);
break;
case 32:
pdw = (unsigned int *)pixel_base;
*pdw = color;
break;
}
}
画点画线坐标
//-------------画圆函数。参数：圆心，半径，颜色----------
// 画1/8圆 然后其他7/8对称画
// ---------------->X
// |(0,0) 0
// | 7 1
// | 6 2
// | 5 3
// (Y)V 4
//
// L = x^2 + y^2 - r^2
void draw_circle(int x, int y, int r, int color)
{
int a, b, num;
a = 0;
b = r;
while(2 * b * b >= r * r) // 1/8圆即可
{
fb_put_pixel(x + a, y - b,color); // 0~1
fb_put_pixel(x - a, y - b,color); // 0~7
fb_put_pixel(x - a, y + b,color); // 4~5
fb_put_pixel(x + a, y + b,color); // 4~3
fb_put_pixel(x + b, y + a,color); // 2~3
fb_put_pixel(x + b, y - a,color); // 2~1
fb_put_pixel(x - b, y - a,color); // 6~7
fb_put_pixel(x - b, y + a,color); // 6~5
a++;
num = (a * a + b * b) - r*r;
if(num > 0)
{
b--;
a--;
}
}
}
//-----------画线。参数：起始坐标，终点坐标，颜色--------
void draw_line(int x1,int y1,int x2,int y2,int color)
{
int dx,dy,e;
dx=x2-x1;
dy=y2-y1;
if(dx>=0)
{
if(dy >= 0) // dy>=0
{
if(dx>=dy) // 1/8 octant
{
e=dy-dx/2;
while(x1<=x2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){y1+=1;e-=dx;}
x1+=1;
e+=dy;
}
}
else // 2/8 octant
{
e=dx-dy/2;
while(y1<=y2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){x1+=1;e-=dy;}
y1+=1;
e+=dx;
}
}
}
else // dy<0
{
dy=-dy; // dy=abs(dy)
if(dx>=dy) // 8/8 octant
{
e=dy-dx/2;
while(x1<=x2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){y1-=1;e-=dx;}
x1+=1;
e+=dy;
}
}
else // 7/8 octant
{
e=dx-dy/2;
while(y1>=y2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){x1+=1;e-=dy;}
y1-=1;
e+=dx;
}
}
}
}
else //dx<0
{
dx=-dx; //dx=abs(dx)
if(dy >= 0) // dy>=0
{
if(dx>=dy) // 4/8 octant
{
e=dy-dx/2;
while(x1>=x2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){y1+=1;e-=dx;}
x1-=1;
e+=dy;
}
}
else // 3/8 octant
{
e=dx-dy/2;
while(y1<=y2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){x1-=1;e-=dy;}
y1+=1;
e+=dx;
}
}
}
else // dy<0
{
dy=-dy; // dy=abs(dy)
if(dx>=dy) // 5/8 octant
{
e=dy-dx/2;
while(x1>=x2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){y1-=1;e-=dx;}
x1-=1;
e+=dy;
}
}
else // 6/8 octant
{
e=dx-dy/2;
while(y1>=y2)
{
fb_put_pixel(x1,y1,color);
if(e>0){x1-=1;e-=dy;}
y1-=1;
e+=dx;
}
}
}
}
}
009显示文字
字符显示原理
显示字符时，坐标表示
void fb_print_char(int x, int y, char c,unsigned int color)
{
int i,j;
/* 根据c的asscii码在fontdata_8x16中得到点阵数据 */
unsigned char *dots = &fontdata_8x16[c *16];
unsigned char data;
int bit;
/* 根据点阵来设置对应像素的颜色 */
for(j = y; j < y+16; j++)
{
data = *data++;
bit = 7;
for(i = x; i < x+8; i++)
{
/* 根据点阵的某位决定是否描颜色 */
if(data & (1<<bit))
fb_put_pixel(i,j,color);
}
}
}
显示字符串时，坐标表示
010添加除法
对于未实现的函数：
- a.去uboot中查找
- b.去内核源码中查找
- c.去库函数中查找 （一般来说编译器自带有很多库）
进入工具链的目录：grep "__floatsisf" * -nr找到.a文件
. a文件是静态库文件
. so文件时动态库文件
注意：如果更换编译器，需要自己去编译器目录里找出对应的libgcc.a。可能有多个，逐个尝试。
011使用调色板
在FB中每个象素占8bit怎么转换成LCD所需要的16位数据
在调色板（0—255）中填入真正的16位的颜色
把LCD控制器设置成8bpp时，它回去FrameBuffer中取出一个象素的数据（8位），然后使用8位作为索引，然后去调色板中取出真正的颜色，得到16位的数据；把这16位的数据发给LCD。
。
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原始发表：2021-06-21，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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