ARM9+Linux下電子紙驅動(dòng)的設計與實(shí)現

為實(shí)現在ARM9+Linux系統下對電子紙的快速、有效控制，設計了一種基于電子紙顯示控制芯片(GD6210E)的電子紙驅動(dòng)。根據S3C2440 ARM9處理器和GD6210E的接口特點(diǎn)，利用S3C2440的GPIO口來(lái)擴展GD6210E，最后利用Linux為顯示設備提供的幀緩沖專(zhuān)用接口編寫(xiě)驅動(dòng)程序，完成電子紙的驅動(dòng)。該驅動(dòng)有利于電子紙的普及應用。

電子紙可以實(shí)現顯示內容的重寫(xiě)，具有對比度高、重量輕、可以適當彎曲，且在斷電的情況下，能保持原有的顯示內容等優(yōu)點(diǎn)。Linux是一種具有開(kāi)放性、多用戶(hù)、多任務(wù)、設備獨立性、系統可靠安全、良好移植性等優(yōu)點(diǎn)的操作系統[1]，其內核可根據具體的運行平臺進(jìn)行適當的裁剪，這對于資源有限的嵌入式系統至關(guān)重要。因此，如何將電子紙顯示屏移植應用到Linux操作系統的嵌入式平臺下，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

本文采用GD6210E作為電子紙顯示屏的控制芯片，在S3C2440處理器上使用GPIO口對GD6210E進(jìn)行擴展。編寫(xiě)、編譯基于Linux中framebuffer的電子紙顯示屏驅動(dòng)程序。

1 系統架構與電子紙顯示屏驅動(dòng)電路接口設計

1.1 系統架構設計

本文搭建的嵌入式系統采用Samsung公司推出的S3C2440芯片為處理器。S3C2440采用ARM920T內核，擁有豐富的GPIO口，能夠很好地對電子紙顯示屏控制芯片實(shí)現擴展；外圍設備有容量為128 MB的NAND Flash、64 MB的SDRAM、以太網(wǎng)以及擴展GD6210E電子紙顯示屏控制芯片[2-3]等。嵌入式系統架構框圖如圖1所示。

1.2 電子紙顯示屏控制芯片接口設計

GD6210E芯片是Giga Device Semiconductor公司開(kāi)發(fā)的電子紙控制芯片。該控制芯片提供多種顯示功能，如支持部分屏或整屏顯示、全局或局部刷新、支持圖像翻轉等，從而能夠減少CPU的運算時(shí)間，并支持CPU用命令訪(fǎng)問(wèn)內部寄存器和存儲介質(zhì)。

在接口設計上，本文使用S3C2440的GPD0~GPD15作為數據/命令的輸入/輸出口；GPC15作為探測GD6210E是否準備好下一次操作的引腳，若為1，說(shuō)明在GD6210E上已完成一個(gè)操作，進(jìn)入等待接收下一個(gè)操作命令狀態(tài)；利用S3C2440的CLKOUT0引腳為GD6210E提供時(shí)鐘源/S3C2440對GD6210E擴展接口如圖2所示。

2 Linux下電子紙驅動(dòng)程序設計

2.1 Linux驅動(dòng)程序的一般編寫(xiě)方法

驅動(dòng)程序是應用程序與硬件之間的一個(gè)中間軟件層，沒(méi)有main()函數，其工作過(guò)程是通過(guò)使用宏module_init(初始化函數名)將初始化函數加入內核全局初始化函數列表中，在內核初始化時(shí)執行驅動(dòng)的初始化函數，從而完成驅動(dòng)的初始化和注冊，之后驅動(dòng)便停止，等待被應用程序調用。應用程序通過(guò)調用設備驅動(dòng)程序中實(shí)現的接口函數(如read()、ioctl()等)實(shí)現對硬件的操作。

本文設計的電子紙驅動(dòng)程序基于framebuffer，整體分為兩大部分：(1)GD6210E的驅動(dòng)程序，其任務(wù)是完成S3C2440 GPIO口的設置、GD6210E初始化并使其處在運行狀態(tài)；(2)完成framebuffer的填寫(xiě)和內核對顯示設備驅動(dòng)的注冊。

2.2 Linux下GD6210E驅動(dòng)程序

GD6210E是一個(gè)從設備，無(wú)法自主地工作，必須由外部的CPU對其發(fā)送命令，再把命令轉換成能使電子紙顯示屏做出相應動(dòng)作的電平時(shí)序。GD6210E驅動(dòng)程序分為以下部分。

(1)初始化GD6210E。首先分別利用Linux中的s3c-2410_gpio_cfgpin()和s3c2410 _gpio_setpin()兩個(gè)函數設置復用GPIO口的引腳功能和引腳值。接口配置完后，再向GD6210E發(fā)出INIT_SYS_RUN命令，使芯片進(jìn)入等待初始化狀態(tài)；然后初始化GD6210E中的display engine，填寫(xiě)顯示時(shí)序寄存器，配置顯示時(shí)序。其中時(shí)序包括行數據輸出時(shí)間、行同步時(shí)間、幀數據輸出時(shí)間、幀同步時(shí)間；最后設置Image buffer和Updimage buffer在GD6210E中SDRAM的開(kāi)始地址，至此初始化完成。GD6210E初始化流程如圖3所示。