（十一）、LCD控制器

LCD

LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。

的分类

液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种。

被动矩阵式LCD

　　被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。由于画面质量方面的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低廉的因素，市场上仍有部分的显示器采用被动矩阵式LCD。被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，双层超扭曲向列LCD)。

主动矩阵式LCD

目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD)。TFT液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积。与CRT显示器相比，LCD显示器的平面显示技术体现为较少的零件、占据较少的桌面及耗电量较小，但CRT技术较为稳定成熟。

接口

信号名称	描述
VSYNC	垂直同步信号
HSYNC	水平同步信号
HCLK	像素时钟信号
VD[23：0]	数据信号
LEND	行结束信号（非必须）
PWREN	电源开关信号

S3C2440 LCD控制器介绍 、S3C2440　LCD控制器的特性与结构

S3C2440用LCD控制器向LCD传输图像数据，并提供必要的控制信号：VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。

下图为其内部框图。

REGBANK是LCD控制器的寄存器组，包含了17个寄存器和一块256x16的调色板内存。LCDCDMA是LCD专用的DMA通道，使其可以在CPU不参预的状态下传输数据。VIDPRCS将LCDCDMA中的数据组合成特定的格式，然后通过VD发送给LCD屏。

   

         其中LCDCDMA中有两个FIFO：FIFOH容量为16个字，FIFOL为12个。当采用“双扫”的方式时，分别传输上半屏和下半屏的数据。当采取“单扫”时，只采用FIFOH。当FIFO为空或者减少到设定的阈值时，LCDCDMA自动地发起DMA传输从内存中获得图像数据。

、图像显示的原理

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表示。对于单色的显示器，每个像素使用1位表示，称为1BPP；对于256色显示器，每个像素使用8位表示，2^8=256，称为8BPP.

显示器从屏幕的左上方开始，一行一行的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新的一行；当显示完所有行后，跳到左方方，显示下一帧。我们称这种显示方式为“Z”字行的扫描，使用HSYNC、VSYNC信号来控制扫描路线的跳转，其中HSYNC表示：应该跳到下一行了；VSYNC表示：该跳到最上面了。

VSYNC频率：表示一秒中可以显示多少帧图像，称为垂直频率或场频率；

HSYNC频率：称为水平频率。

在了解对LCD操作之前，先来了解一下，图像数据是如何存储的。

显示器上的每个像素的颜色是由3部分组成：红、绿、蓝。这三种颜色的混合几乎可以表示人眼所能识别的所有颜色。可以根据颜色的浓烈程度按级区别，比如可以分成256个等级（0~255）。

白色：255级的红、255级的绿、255级的蓝三种混合组成；

黑色：0级的红、0级的绿、0级的蓝三种混合组成。

LCD的操作

每个HSYNC信号表示一行数据的开始，每个VSYNC信号表示一帧数据的开始，无论数据是否有效。每个VCLK信号都表示正在传输一个像素的数据，无论它是否有效。数据的有效无效是对CPU的LCD控制器来说的，对于LCD，它只管读取数据和控制信号，不管是否有效。

参考下图，来分析一下时序：

（上图的上半部分，帧）：

1)         VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始。

2)         VSPW表示VSYNC信号的脉冲宽度为（VSPW+1）个HSYNC信号的周期，即这个（VSPW+1）行的数据是无效的。

3)         VSYNC信号脉冲之后，还要经过（VBPD+1）个HSYNC信号周期，有效的行数据才出现，所以，当VSYNC信号之后，总共有（VSPW+1+VBPD+1）个行的数据之后，有效的数据才行出现。

4)         随后，发送出了（LINEVAL+1）行的有效数据。

5)         最后是（VFPD+1）个无效的行。

（上图的下半部分，行）：

1)         HSYNC信号有效时，表示一行数据的开始。

2)         HSPW表示HSYNC信号的脉冲宽度为（HSPW+1）个VCLK信号周期，即（HSPW+1）个像素是无效的。

3)         HSYNC信号脉冲之后，还要经过（HBPD+1）个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现。所以，在HSYNC信号有效之后，总共还需经过（HSPW+1+HBPD+1）个无效的像素。

4)         随后连续发出（HOZVAL+1）个有效的像素数据。

5)         最后是（HFPD+1）个无效的像素。

VCLK(Hz)  =  HCLK / [ ( CLKVAL + 1 ) ]

Frame Rate (Hz)=  1/[ { (VSPW+1) + (VBPD+1) +(LINEVAL+1) + (VFPD+1) } x { (HSPW+1) + (HBPD +1) + (HFPD+1) (HOZVAL+1) } x { 2 x (CLKVAL+1) / (HCLK) } ]

有了以上的知识，我们可以将VSYNC、HSYNC、VCLK等信号时间参数设置好后，并帧内存的地址告诉LCD控制器，它即可自动地发起DMA传输从帧内存中得到图像数据，并最终在上述信号的控制下出现在数据总线VD[23：0]上。

S3C2440控制器支持单色1BPP、4级灰度2BPP、16级灰度4BPP、256色8BPP的调色板显示模式；另外还支持64K色16BPP和16M色24BPP非调色板显示模式。以16M色24BPP为例，下面来介绍一下数据的具体存储格式：

16M色25BPP就是用24位（红、绿、蓝各8位）来表示一个像素的颜色。LCD控制器从内存中获得某个像素的24位颜色值后，直接通过VD[23：0]发送给LCD。为了方便DMA传输，采用4Byte即32位的方式，其中3个Byte从高到低分别表示红、绿、蓝。剩余一个Byte无效，至于哪个无效是可以配置的。

、LCD控制寄存器介绍

1)         LCDCON1

用于设置LCD类型、设置像素时钟、使能LCD信号的输出等。

这里请注意：[27：18]是只读的。

2)         LCDCON2

用于设置垂直方向各种信号的时间参数。其中具体的数值要参考LCD屏的手册。东华3.5`的TFT见手册P18。

3)         LCDCON3

与LCDCON2类型，LCDCON3用于水平方向的各种信号的参数。

4)         LCDCON4

用于设置脉冲宽度与VCLK的关系，即：脉冲宽度=（HSPW+1）VCLK

5)         LCDCON5

其中[16：13]为只读状态，不需设置。

而低12位用于设置各种信号的极性和使能、禁止。第12位用于选择24BPP时有效模式是低地址有效还是高地址有效。第11位用于选择16BPP的格式是5：6：5还是5：5：5：1。

6)         LCDSADDR1~3　帧内存地址寄存器

 

帧内可以很大，而真正的在LCD屏幕显示的区域被称为view port，它处于帧内存之内。这3个寄存器用来配置帧内存的起始地址，view port在帧内存的位置。

l  LCDSADDR1

对于本寄存器中的LCDBANK的理解，请大家参考推荐阅读的第3条。

 

功能	位	说明
LCDBANK	[29：21]	用来保存帧内存起始地址A[30：22]，帧内存起始地址必须为4MB对齐
LCDBASEU	[20：0]	对于TFT，用来保存view port所对应的内存起始地址A[21：0]，这块内存也称为帧缓冲区，frame buffer

l  LCDSADDR2

LCDBASEL　[20:0]，对于TFT，用来保存LCD的帧缓冲区结束地址A[21：0]，其值计算公式：

LCDBASEL=LCDBASEU+（PAGEWIDTH+OFFSIZE）X（LINEVAL+1）

注意：可以修改LCDBASEU，LCDBASEL的值来实现图像的移动，不过不能在一帧图像的结束阶段（LCDCON1寄存器的LINECNT为0时）进行修改。因为此时LCD控制器会优先取得下一帧的数据，之后才改变这些值，这样的话，这些数据与新的帧缓冲区就不一致了。

l  LCDSADDR3

功能	位	说明
OFFSIZE	[21：11]	参考上图，表示上一行最后一个数据与下一行第一个数据地址差值的一半，即以半字为单位地址差。
PAGEWIDTH	[10：0]	View port的宽度，以半字为单位。

、实例功能

本章我将为大家提供3个例程，我会打包上传到CSDN上面。包括，LCD-picture、LCD-HZ、LCD-machoe。

其中LCD-picture是画图例程，将其烧写到nand flash中后，会看到在LCD上画出的圆形，该例程是赵春江老师写的，稍候我会将他的博客地址放在推荐阅读部分。

其中LCD-HZ是汉字显示程序，这里我要特别说明：本程序如果在LINUX下编译，千万不要用VIM等编辑器打开源文件，因为fedora10的编辑器对汉字支持不是很好。如果打开，再编译，结果在LCD上会是乱码。如果想更改其中的汉字，方法一：请在WINDOWS下用记事本打开修改。方法二：如果想在LINUX下完成，请先对VIM进行汉字的支持，我会把汉字支持的部分资料贴到推荐阅读部分，但不做讨论。

LCD-machoe是本章讨论的重点，该程序烧写到nand flash中，运行后，在串口和LCD上均输出提示：please input with your keyboard。这时请大家用键盘输入字母或数字，观察LCD上的现象。该程序参考了天嵌的TQ2440_Test、uCOS、赵春江老师的部分源码，再此特别感谢。

、lcd-machoe简要分析

整个程序的入口为head.S，在该文件与上一章串口没有变化。工程中的lcd.c文件为新增文件，提供LCD的操作API（初始化、绘制像素点、绘制ASCII码、绘制汉字、绘制背景）等功能。而其相关的定义在s3c24xx.h中完成。

主函数，依次调用初始化串口和LCD的函数，然后打印提示，最后进入死循环。我会尽量在程序中增加注释以提高理解。

本程序只为演示，还有很多不足的地方，希望大家在学习过程中不断完善，实现更多的功能。

1.韦东山　《嵌入式LINUX应用开发完全手册》

2.三星　　《S3C2440手册》

3.

4. http://blog.csdn.net/zhaocj/category/653113.aspx

5. http://blog.163.com/cleave@126/blog/static/3547638620108133446840/

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