基于I2C的OSD顯示驅動(dòng)設計與實(shí)現

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，車(chē)載導航設備得到了越來(lái)越多的應用?，F在主流的車(chē)載導航設備都集成有DVD功能，對視頻處理提出較高要求。選擇高性能平臺和高性能視頻處理器對車(chē)載導航設備有十分重要的意義。同時(shí)，對于音量的可視性控制和DVD控制來(lái)說(shuō)，OSD技術(shù)具有很大的優(yōu)越性，它可以在不影響DVD畫(huà)面的基礎上疊加在屏幕上，降低了主處理器的工作量。PXA270處理器具有領(lǐng)先的高性能和低功耗功能，宏芯T128D具有強大的視頻處理功能，同時(shí)集成了兩層OSD處理引擎，兩者通過(guò)I2C總線(xiàn)連接可以大大提高車(chē)載導航設備的多媒體處理功能，本文陳述了在兩者基礎上通過(guò)I2C總線(xiàn)連接實(shí)現OSD顯示驅動(dòng)的方法。

1 基本原理

1.1 OSD顯示原理

OSD(On Screen Display)是屏幕顯示技術(shù)的一種，用于在顯示終端上顯示字符、圖形和圖像。實(shí)現的過(guò)程為：存儲器(一般為內存的一段)的內容與顯示終端上的像素一一對應。

當要輸出圖文信息時(shí)，將字符圖標的位圖信息送至OSD位圖區域的相應位置。OSD位圖區域由其頭部定義，每個(gè)OSD頭主要包括OSD顯示矩形區域的起始位置、大小及兩個(gè)分別指向頂場(chǎng)和底場(chǎng)圖像數據的指針，還有一個(gè)指向下一個(gè)OSD位圖數據頭的指針。由于采用了這種基于指針的OSD數據管理結構，理論上OSD位圖數據塊的數目不受限制，實(shí)際上它要受到內存大小的限制。terawinsT128提供的內存空間為8k*16 b。頭部不僅定義了位圖區域的尺寸、位置以及顏色信息，而且提供了顏色表更新等功能。字符的顏色設置使用OSD處理單元(LUT)的顏色查找表，也稱(chēng)作調色板。如圖1所示，4位的LUT意味著(zhù)有16種顏色可以選擇，并且位圖中的每個(gè)像素占有存儲單元的4位。某個(gè)Byte中的低四bit內容與一個(gè)像素一一對應，其值為“3”，那么數字“3”所代表的顏色便由色板來(lái)決定，然后再驅動(dòng)OSD屏幕將像素設置為制定顏色。OSD中的2個(gè)像素對應1 B，所以一行顯示內容所占的存儲空間為320/2=160 B，設pOSDBuffer指向OSD對應存儲空間的首地址，為了將OSD上坐標(x，y)的像素設置值為PixelValue(值的范圍為0x00～0x0f)，即改變該像素的顏色，則需要先確定坐標(x，y)像素對應的字節存儲空間地址為：

1.2 I2C總線(xiàn)通信原理

I2C(Inter-Integrated Circuit)總線(xiàn)是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線(xiàn)是由數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘SCL構成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數據。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線(xiàn)上，每個(gè)電路和模塊都有惟一的地址。CPU會(huì )發(fā)出地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路。所以，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。

I2C總線(xiàn)定義了嚴格的傳輸信號來(lái)完成一次傳輸。如圖2所示，SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，這是開(kāi)始信號，開(kāi)始傳送數據。SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。

注意：SDA線(xiàn)上的數據狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變會(huì )被識別為起始和停止條件。接收數據的IC在接收到8 b數據后，向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實(shí)際情況做出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，則判斷為受控單元出現故障。

2 具體實(shí)現

2.1 接口電路

如圖3所示，PXA270芯片通過(guò)SCL和SDA兩根線(xiàn)(I2C)向T128D發(fā)送指令，通知其顯示OSD或者擦除OSD畫(huà)面。在本論文使用的方法里，是由PXA270通過(guò)I2C向T128D寫(xiě)寄存器，將讀OSD符號的首地址傳輸給T128D。PXA270要顯示的RGB或者YPrBr信號也連接到T128D上，通過(guò)LVSYNC垂直同步信號和LYSYNC橫向同步信號實(shí)現同步。通過(guò)T128D的處理，將DVD的YPrBr信號和PXA270的RGB565信號處理為模擬RGB信號，再連接LCD屏，由LCD屏顯示出來(lái)。

2.2 軟件實(shí)現框架

本文的OSD驅動(dòng)實(shí)現使用流接口驅動(dòng)，OSD流接口驅動(dòng)的框架如圖4所示。該驅動(dòng)在系統啟動(dòng)時(shí)或者啟動(dòng)后的任何時(shí)候由設備管理器動(dòng)態(tài)加載。以DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式存在，系統加載它們后，這些驅動(dòng)程序以用戶(hù)態(tài)的角色運行。這個(gè)OSD流驅動(dòng)通過(guò)文件操作API來(lái)從設備管理器和應用程序獲得命令。流接口驅動(dòng)有一套標準的接口，比如XXX_Init，XXX_Open，XXX_PowerUp，XXX_IOControl，XXX_Write等。對于I/O設備尤其是數據流設備來(lái)說(shuō)是非常合適的，操作接口和文件系統API十分類(lèi)似，比如ReadFile，IO_Control等。應用程序可以和流接口驅動(dòng)進(jìn)行交互，并且可以把流接口驅動(dòng)當作文件來(lái)操作。

本文著(zhù)重要提到的流接口是OSD_Init，OSD_IOControl，OSD_write。OSD_Init在加載驅動(dòng)時(shí)通知設備管理器在為設備初始化時(shí)分配資源。OSD_IOControl是文件系統發(fā)送I/O控制指令的接口。OSDWrite是文件系統寫(xiě)數據到T128D的接口。在本文中OSD_Write不進(jìn)行具體的寫(xiě)操作，只是將寫(xiě)命令壓人FIFO隊列。

2.3 具體操作

2.3.1 I2C總線(xiàn)的通信流程

由于I2C總線(xiàn)上掛的設備很多，可能會(huì )造成兩個(gè)設備同時(shí)占用I2C總線(xiàn)的情況，這樣系統會(huì )錯亂。為了避免這種情況，針對一次讀寫(xiě)操作，考慮到其不可打斷性以防止數據的破壞，采用Mutex互斥鎖。即每次只允許一個(gè)讀寫(xiě)操作占用I2C總線(xiàn)。在一次讀寫(xiě)操作開(kāi)始之前，等待互斥鎖，直到讀寫(xiě)操作完畢，釋放互斥鎖。這樣當在一次讀寫(xiě)沒(méi)有完成之前，其余設備無(wú)法占用I2C總線(xiàn)，而只能等待。本驅動(dòng)申請互斥鎖的流程見(jiàn)圖5。

2.3.2 初始化和卸載