S3C2440A驅動(dòng)RGB TFT液晶屏的研究方案

S3C2440A驅動(dòng)RGB TFT液晶屏的研究方案

1 引言
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，TFT LCD作為顯示器件在各種嵌入式系統中得到越來(lái)越廣泛的應用。帶觸摸屏的TFT LCD模組在系統應用中不僅能為人機界面提供高質(zhì)量的畫(huà)面顯示，而且能提供更直觀(guān)、方便的交互性輸入。TMT035DNAFWU1是深圳天馬微電子股份有限公司生產(chǎn)的8.89 cm(3.5 in)TFT LCD模組，該模組內置了LCD驅動(dòng)器，集成了四線(xiàn)電阻式觸摸屏和背光電路。S3C2440A 是三星公司設計的一款基于A(yíng)RM920T內核的32位嵌入式RISC(reduced instructions set computer)微處理器，它的最高工作頻率可達533 MHz，內部集成了通用的LCD控制器、8通道10位ADC和觸摸屏接口，且具備高性能、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，適用于智能手機、便攜式媒體播放器、手持導航儀等領(lǐng)域。本文基于S3C2440A嵌入式系統，以TMT035DNAFWU1為顯示設備，設計了TFT LCD驅動(dòng)電路，并完成Linux下驅動(dòng)顯示效果的調試。

2 TFT LCD接口時(shí)序
TMT035DNAFWU1的顯示分辨率為320×240，采用24位數字RGB接口，可以顯示16.7 M顏色。
RGB接口是為T(mén)FT LCD模組提供高品質(zhì)顯示而設計的接口，該接口可以高速、低功耗地完成動(dòng)畫(huà)顯示，其中包含4個(gè)重要的控制信號VSYNC、HSYNC、DCLK 和VDEN，分別用于幀、行、像素的數據傳輸。
圖1為T(mén)MT035DNAFWU1模組RGB接口時(shí)序示意圖。

圖1 RGB接口時(shí)序圖

3 S3C2440A LCD控制器介紹
S3C2440A 內置的LCD控制器能將顯示在LCD上的數據從系統內部的數據緩沖區通過(guò)邏輯單元傳送到外部的LCD驅動(dòng)器中。它可以支持不同分辨率的顯示，如：640×480、320×240等，最大可支持24位數據的16.7 M 彩色TFT模塊，其控制器框圖如圖2所示。

圖2 S3C2440A LCD控制器框圖
3.1 控制總框圖
LCD控制器主要由REGBANK、LCDCDMA兩大部分組成，用于產(chǎn)生必要的控制信號和傳輸數據信號，如圖2所示。REGBANK有17個(gè)可編程寄存器組和256×16的調色板存儲器，用來(lái)設定LCD控制器。LCDCDMA 是一個(gè)專(zhuān)用的DMA(Direct Memory Access)，自動(dòng)從幀存儲器傳輸視頻數據到LCD控制器，視頻數據可以不經(jīng)CPU處理直接顯示在屏上。TIMEGEN 由可編程邏輯器件組成，產(chǎn)生VFRAME/VSYNC、VLINE/HSYNC、VCLK/DCLK、VM/VDEN信號等，以支持不同的LCD驅動(dòng)器的接口時(shí)序和速率。LPC3600與LCC3600是專(zhuān)用LCD控制器，在此不做詳細介紹。

3.2 TFT控制器介紹
通過(guò)對REGBANK 寄存器組中的LCDCON1/2/3/4/5進(jìn)行配置，TIMEGEN產(chǎn)生可編程控制信號來(lái)支持不同類(lèi)型的LCD驅動(dòng)器。
VSYNC和HSYNC脈沖與LCDCON2/3的HOZVAL和LINEVAL設置相關(guān)，HOZVAL和LINEVAL的值由LCD屏的分辨率決定，如下公式：
HOZVAL=(Horizontal display size)-1 (1)
LINEVAL=(Vertical display size)-1 (2)
VCLK的頻率取決于LCDCON1中CLKVAL的設置，在LCDCON1中配置，VCLK和CLKVAL的關(guān)系如下(CLKVAL的最小值是0)：
VCLK(Hz)=HCLK/[(CLKVAL+1)×2] (3)
HCLK為S3C2440A 中PLL時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號。
VSYNC的頻率即為幀頻，它與LCDCON1/2/3/4均有關(guān)，計算公式如下：
Frame Rate=1/{[(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LINEVAL+1)+(VFPD+1)1×[(HSPW+1)+(HBPD+1)+(HFPD+1)+(HOZVAL+1)]×[2×(CLKVAL+1)/(HCLK)]} (4)
公式(1)～(4)各參數數值的設置方法在§5.2中給出。

4 驅動(dòng)電路設計
除數據傳輸信號接口外，TFT LCD模組的驅動(dòng)電路還包括提供給模組的電源電路、VGL、VGH、VCOM 電壓電路等。根據TFT LCD模組的接口和S3C2440A 內嵌的控制器輸出管腳，完成LCD顯示的控制線(xiàn)路設計。電路接口設計如圖3所示。

VCOM 電壓信號由TFT LCD模組上SOURCEDRIVER IC輸出的POL信號提供。POL信號經(jīng)過(guò)VCOM BUFFER電路，產(chǎn)生VCOM電壓信號提供給TFT LCD模組。TFT LCD模組采用行翻轉方式驅動(dòng)，設計的VCOM BUFFER 電路能夠完成VCOM電壓的交流電壓成分和直流電壓成分的調節。通過(guò)調節VCOM BUFFER電路，使VCOM 中心點(diǎn)電壓及其幅值達到應用的要求，有效地消除TFT LCD顯示閃爍問(wèn)題并改善顯示質(zhì)量。

5 Linux下驅動(dòng)程序軟件設計
5.1 幀緩沖設備
幀緩沖為L(cháng)inux 2.2.XX以上版本內核中的一種驅動(dòng)程序接口。該接口采用mmap系統調用，將顯示設備抽象為幀緩沖區，允許上層應用程序在圖形模式下直接對顯示緩沖區進(jìn)行讀寫(xiě)和I/O控制操作。幀緩沖設備屬于字符設備，采用“文件層-驅動(dòng)層”的接口方式。

5.2 LCD驅動(dòng)設計
TFT LCD驅動(dòng)程序設計的主要工作包括：初始化S3C2440A 的LCD控制器LCDCON1～5，通過(guò)寫(xiě)寄存器設置顯示模式和顏色數，然后分配LCD顯示緩沖區。根據TMT035DNAFWU1接口時(shí)序及顯示要求，屏幕顯示分辨率Horizontal display size=320，Vertical display size=240，VCLK=6.4 MHz，而HCLK=133 MHz，故CLKVAL=9。緩沖區大小為：點(diǎn)陣行數×點(diǎn)陣列數×用于表示一個(gè)像素的比特數/8。緩沖區通常分配在大容量的片外SDRAM 中，起始地址保存在LCD控制寄存器中，需要分配的顯示緩沖區為150 kB。最后是初始化一個(gè)fb_info結構，填充其中的成員變量，并調用fbmem.C里的register_framebuffer(struct fb_info *fb info)將fb_info登記入內核。

5.3 RGB接口顯示參數調整
S3C2440A 的LCD 控制寄存器主要有：LCDCON1～5。LCDCON1可以對LCD的類(lèi)型、數據位數、是否需要VDEN輸出及DCLK進(jìn)行設置;LCDCON2主要對VBPD、VFPD、VSPW進(jìn)行設置;LCDCON3及LCDCON4對HBPD、HFPD、HSPW 進(jìn)行設置;LCDCON5可以對DCLK、HSYNC、VSYNC 的極性做設置。圖4為RGB接口顯示工作原理示意圖，各個(gè)參數在實(shí)際顯示中的作用效果見(jiàn)圖4所示。

圖4 RGB接口顯示工作原理
圖4中，最終顯示區域(DISPLAY AREA)是由像素時(shí)鐘信號(DCLK)、行同步信號(HSYNC)、幀同步信號(VSYNc)、數據使能信號(VDEN/ENABLE)共同作用的結果，其大小及位置由各參數實(shí)際配置來(lái)確定，其中HSPW、HBPD及HFPD確定顯示區域的行有效數據信息，VSPW、VBPD和VFPD確定顯示區域中幀有效數據信息。
基于Linux下驅動(dòng)顯示程序，以下為調試成功的部分源代碼：
/******s3c2440fb.c******/
#define H_SW 35;
#define H_FP 15;
#define H_BP 30;
#define V_SW 5;
#define V_FP 5;
#define V_BP 10;
……
static struct s3c2440fb_mach_info xxx_stn_info __initdata={
pixclock:PIXEL_CLOC, hpp: PIXEL_BPP,
xres:H_RESOLUTION, yres: V_RESOLUTION,
hsync_len: H_SW, vsync_len : V_SW,
left_margin: H_BP, upper_margin:V_BP,
right_margin:H_FP, lower_margin:V_FP,
sync:0, cmap_static:1,
reg:{
lcdcon1: LCD1_BPP_16T | LCD1_PNR_TFT | LCD1_CLKVAL(12),
lcdcon2: LCD2_VBPD(V_BP) | LCD2_VFPD(V_FP) | LCD2_VSPW(V_SW),
lcdcon3: LCD3_HBPD(H_BP) | LCD3_HFPD(H_FP),
lcdcon4: LCD4_HSPW(H_SW),
lcdcon5: LCD5_FRM565 | LCD5_INVVLINE | LCD5_INVVFRAME | LCD5_HWSWP | LCD5_PWREN,
},
};
在實(shí)際的驅動(dòng)程序編寫(xiě)過(guò)程中，不同的TFTLCD模組的參數會(huì )有所不同，因此需要根據實(shí)際數據的有效位置進(jìn)行相關(guān)的參數調整。圖5為RGB接口參數配置調整前后的系統顯示對比效果圖。如果軟件初始化設置中，未能正確地分配HSPW、HBPD和HFPD，行有效數據的位置會(huì )發(fā)生相應的錯位，表現在實(shí)際顯示中為顯示圖像的整體左右偏移，如圖5(a)所示，液晶顯示器顯示畫(huà)面向左偏移。同理，未能正確地配置VSPW、VBPD和VFPD，幀數據中有效數據的位置會(huì )發(fā)生相應的錯位，表現在實(shí)際顯示中為顯示圖像的上下偏移。

5.4 觸摸屏驅動(dòng)設計
設置觸摸屏接口為等待中斷模式(INT_TC中斷)，如果中斷發(fā)生，立即激活相應的AD轉換。轉換模式一般選擇分離的X/Y軸坐標轉換模式或者自動(dòng)(連續的)X/Y軸坐標轉換模式來(lái)獲取觸摸點(diǎn)的X/Y坐標。在得到觸摸點(diǎn)的X/Y軸坐標值后，返回到等待中斷模式。觸摸屏的驅動(dòng)流程如圖6。

圖6 觸摸屏控制流程圖
觸摸屏設備在Linux系統中也被定義為一個(gè)字符設備，需要對觸摸屏設備驅動(dòng)程序中的全局變量struct TS_DEV進(jìn)行設置，該變量用來(lái)保存觸摸屏的相關(guān)參數：等待處理的消息隊列、當前采樣數據、上一次采樣數據等信息，變量定義如下：
typedef struct{
unsigned