SEP0718 framebuffer驱动设计文档

Written by leeming

第一部分：驱动的硬件配置部分：

Sep0718处理器的lcdc控制器是带有普通的显示功能和overlay功能的，因此硬件配置上可以分成基本配置和额外的配置，基本的配置可以保证lcdc的正常运作，实现简单功能（单层的显示），额外配置主要包括对overlay的配置，从而实现多层叠加的效果：

基本配置：

基本配置包括：

1．    lcdc的基本属性配置（极性，dma burst长度， 屏幕size），在bcr和scr寄存器中；

2．    Lcdc的时序配置（行信号，帧信号，对比度控制），在plcr，pfcr，pccr寄存器中；

3．    Base层的配置（buffer起始地址，终止地址；base层的显示位置，base层的图像格式，RAW_IMAGE_WIDTH_0 DIS_IMAGE_WIDTH_0），在bbsar，bbear，btpcr，bbpcr和bcr，RAW_IMAGE_WIDTH_0 DIS_IMAGE_WIDTH_0寄存器中。

 

注意：在对非buffer数据地址的lcdc参数重新配置时，一定要将lcdc使能关闭后才能重新配置。因此，简化为下面的初始化代码为：

    /*关闭lcdc 使能寄存器*/

write_reg(LCDC_ECR,0);

    write_reg(LCDC_BECR,0);

    write_reg(LCDC_W1ECR,0);

    write_reg(LCDC_W2ECR,0);

    write_reg(LCDC_CECR,0);

    /*此函数中将配置时序及屏幕size*/

    lcdc_set(800, 480, 30);

{

    unsigned int parameter = 0;

    unsigned int LCD_PCD,H_value,V_value;

    H_value = X + (H_WIDTH >> 26) +(H_WAIT1 >> 8) + H_WAIT2 + 7;

    V_value = Y + (V_WIDTH >> 26) +(V_WAIT1 >> 8) + V_WAIT2 + 2;

    LCD_PCD = (sysclk / Freq) / (H_value * V_value);

    if(LCD_PCD & 0x1 != 0)

       LCD_PCD = LCD_PCD - 1;

    else

       LCD_PCD = LCD_PCD - 2;

    if(LCD_PCD <= 2)

       LCD_PCD = 2;

    parameter = XMAX(X) | YMAX(Y);

    write_reg(LCDC_SCR,parameter);

   

    parameter = 0;

    parameter = parameter | INT_LEVEL | HB | PIXPOL | FLMPOL | LPPOL | CLKPOL | OEPOL | PCD;

    write_reg(LCDC_BCR,parameter);

   

    parameter = 0;

    parameter = H_WIDTH | H_WAIT1 | H_WAIT2;

    write_reg(LCDC_PLCR,parameter);

 

    parameter = 0;

    parameter = V_WIDTH | V_WAIT1 | V_WAIT2;

    write_reg(LCDC_PFCR,parameter);

   

    parameter = 0;

    parameter = SCR | CC_EN | PW;

    write_reg(LCDC_PCCR,parameter);

    //the reset config of the YUV display

}

    /*base层的配置，包括起始地址，size等*/

BASE_CONFIGURE(0X40100000,800,800,0,0,799,479);

{

    U32 X1,X2,parameter;

   

    write_reg(LCDC_BBSAR,BBS_ADDR);

    write_reg(RAW_IMAGE_WIDTH_0,RAW_IMAGE_WIDTH);

    write_reg(DIS_IMAGE_WIDTH_0,DIS_IMAGE_WIDTH);

    X1 = (x1 << 16);

    X2 = (x2 << 16);

    parameter = X1 | y1;

    write_reg(LCDC_BTPCR,parameter);

    parameter = 0;

    parameter = X2 | y2;

    write_reg(LCDC_BBPCR,parameter);

}

lcdc_rgb_set(bpp16);

{

    U32 parameter;

   

    RGB_MODE = rgb_mode;

    parameter = read_reg(LCDC_BCR);

    parameter = parameter | BPIX_LAYER(RGB_MODE);

    write_reg(LCDC_BCR,parameter);

}

    /*使能lcdc*/

write_reg(LCDC_CECR,1);

write_reg(LCDC_W2ECR,1);

write_reg(LCDC_W1ECR,1);

write_reg(LCDC_BECR,1);

write_reg(LCDC_ECR,1);  

 

由于lcd控制器的硬件决定，lcdc没有接受和发送的函数，需要更换显示内容时，只需要更换lcdc的buffer地址即可，改变buffer起始地址时，先将LCDC_ACSR寄存器置0，配置完成后再次置1。

 

第二部分：驱动的软件设计部分:

1．  驱动的框架介绍：

Framebuffer驱动在本质上是一个字符型驱动，通过文件/drivers/video/fbmem.c对每个驱动进行抽象，而fbmem.c就是一个典型的字符型驱动，有open，close，ioctl；用户态应用程序将通过系统调用访问到fbmem的相应接口，fbmem.c通过ioctl操作具体的fb驱动。

       对于一个framebuffer驱动而言，最重要的是下面几个参数：

1）  fb_var_screeninfo

这个结构描述了显示卡的特性：（这个结构体中很多参数和具体的液晶屏有关，因此有大量都是在液晶屏的配置文件中，用蓝色标示）
struct fb_var_screeninfo
{
__u32 xres; /* visible resolution */   //可视区域
__u32 yres;
__u32 xres_virtual; /* virtual resolution */  //虚拟区域，很多场合会用到，简单的意思就是我内存中定义的区间是比较大的，但是可视的仅仅是我的一部分，比如滚屏操作……
__u32 yres_virtual;
__u32 xoffset; /* offset from virtual to visible resolution */ //可视区域的偏移
__u32 yoffset;

__u32 bits_per_pixel; /* guess what */  //每一象素的bit数，这个参数不需要自己配置，而是通过上层在调用checkvar函数传递bpp的时候赋值的。
__u32 grayscale; /* != 0 Gray levels instead of colors *///等于零就成黑白

//通过pixel per bpp来设定red green 和blue的位置； pixel per bpp可以通过ioctl设定

struct fb_bitfield red; /* bitfield in fb mem if true color, */真彩的bit机构
struct fb_bitfield green; /* else only length is significant */
struct fb_bitfield blue;  
struct fb_bitfield transp; /* transparency */  透明

__u32 nonstd; /* != 0 Non standard pixel format */ 不是标准格式

__u32 activate; /* see FB_ACTIVATE_* */

__u32 height; /* height of picture in mm */ 内存中的图像高度
__u32 width; /* width of picture in mm */ 内存中的图像宽度

__u32 accel_flags; /* acceleration flags (hints) */ 加速标志

/* Timing: All values in pixclocks, except pixclock (of course) */

时序-_-这些部分就是显示器的显示方法了，和具体的液晶显示屏有关，在驱动中一般放在具体液晶屏的配置文件
__u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */
__u32 left_margin; /* time from sync to picture */
__u32 right_margin; /* time from picture to sync */
__u32 upper_margin; /* time from sync to picture */
__u32 lower_margin;
__u32 hsync_len; /* length of horizontal sync */  水平可视区域
__u32 vsync_len; /* length of vertical sync */   垂直可视区域
__u32 sync; /* see FB_SYNC_* */
__u32 vmode; /* see FB_VMODE_* */
__u32 reserved[6]; /* Reserved for future compatibility */ 备用－以后开发
};

2) fb_fix_screeninfon
这个结构在显卡被设定模式后创建，它描述显示卡的属性，并且系统运行时不能被修改；比如FrameBuffer内存的起始地址。它依赖于被设定的模式，当一个模式被设定后，内存信息由显示卡硬件给出，内存的位置等信息就不可以修改。

struct fb_fix_screeninfo {
char id[16]; /* identification string eg "TT Builtin" */ID
unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem */ 内存起始物理地址，也就是dma**
__u32 smem_len; /* Length of frame buffer mem */ 内存大小，这个会根据是不是双buffer，是不是virtual，有变化。
__u32 type; /* see FB_TYPE_* */
__u32 type_aux; /* Interleave for interleaved Planes */插入区域？
__u32 visual; /* see FB_VISUAL_* */
__u16 xpanstep; /* zero if no hardware panning */没有硬件设备就为零
__u16 ypanstep; /* zero if no hardware panning */设置成1就是标示我们可以在相应的方向移动显示，非常重要，android中使用了
__u16 ywrapstep; /* zero if no hardware ywrap */
__u32 line_length; /* length of a line in bytes */ 一行的字节表示
unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O */内存映射的I/O起始
/* (physical address) */
__u32 mmio_len; /* Length of Memory Mapped I/O */ I/O的大小
__u32 accel; /* Type of acceleration available */ 可用的加速类型
__u16 reserved[3]; /* Reserved for future compatibility */
};

3）struct fb_ops s3cfb_ops = {

       .owner           = THIS_MODULE,

       .fb_check_var = s3cfb_check_var, // 在上面的小节中提到对于一个LCD屏来说内核提供了两组数据结构来描述它，一组是可变属性（fb_var_screeninfo描述），另一组是不变属性（fb_fix_screeninfo描述）。对于可变属性，应该防止在操作的过程中出现超出法定范围的情况，因此内核应该可以调用相关函数来检测、并将这些属性固定在法定的范围内

       .fb_set_par     = s3cfb_set_par, //用户应用程序可通过ioctl对FIX参数进行重新配置，因此在进行这个之前首先会调用check_var保证参数在支持范围内。参数可改变的列表见var结构体，实际应用中主要是改变屏幕bpp和行的长度。

       .fb_blank = s3cfb_blank//理论是关闭屏幕的操作（分别包括横向，纵向，整个屏）,在实际中一般分为屏和背光都开，屏开背光关闭，屏和背光都关闭。

       .fb_pan_display      = s3cfb_pan_display,// FBIOPAN_DISPLAY在linux的注释里是“平移显示”的意思。怎么理解呢？就是按照y坐标平移显示缓存中的内容。调用FBIOPAN_DISPLAY时，会传一个y坐标偏移量yoffset给驱动，然后驱动会把当前显存的指针偏移 “yoffset X 屏幕宽度 X 位色字节数” 个字节，这样就好像实现了图像的y坐标平移，也就是“平移显示”。当这个yoffset等于屏幕高度的时候，就实现了显存的切换。

       .fb_setcolreg   = s3cfb_setcolreg,

       .fb_fillrect      = cfb_fillrect,

       .fb_copyarea   = cfb_copyarea,

       .fb_imageblit  = cfb_imageblit,

       .fb_cursor       = soft_cursor,

       .fb_ioctl  = s3cfb_ioctl,

};

因此sep0718fb.c驱动所做的主要工作就是完成这三个大结构的配置填充，并且使之和第一部分的硬件配置挂钩在一起。

 

2．  代码接口：

a)         重要结构体说明：

综上，framebuffer驱动主要涉及两方面，一方面涉及到framebuffer的参数配置，一方面涉及到lcdc硬件的配置，因此我设计了两个主要的结构体。

typedef struct {

struct fb_info         fb;

struct device          *dev;

struct clk        *clk;

struct resource        *mem;

void __iomem        *io;

unsigned int           win_id;

unsigned int           max_bpp;

unsigned int           max_xres;

unsigned int           max_yres;

/* raw memory addresses */

dma_addr_t           map_dma_f1;  /* physical */

u_char *         map_cpu_f1;   /* virtual */

unsigned int           map_size_f1;

 

/* addresses of pieces placed in raw buffer */

dma_addr_t           screen_dma_f1;      /* physical address of frame buffer */

u_char *         screen_cpu_f1;       /* virtual address of frame buffer */

unsigned int           lcd_offset_x;

unsigned int           lcd_offset_y;

unsigned int   pseudo_pal[16];

} sep0718fb_info_t;

sep0718fb_info_t是关于framebuffer参数配置的结构体，里面主要包含了fb_info结构体（这个结构体中包含了上面提到的三个重要的参数var，fix，fb_ops）。

 

typedef struct

{

/* Screen size */

int width;

int height;

 

/* Screen info */

int xres;

int yres;

 

/* Virtual Screen info */

int xres_virtual;

int yres_virtual;

int xoffset;

int yoffset;

 

/* OSD Screen size (overlay 1)*/

int osd_width;

int osd_height;

 

/* OSD Screen info */

int osd_xres;

int osd_yres;

 

/* OSD Screen info */

int osd_xres_virtual;

int osd_yres_virtual;

 

int bpp;

int bytes_per_pixel;

unsigned long pixclock;

 

/* lcd configuration registers */

struct sep0718fb_hw regs;

int hsync_len;

int left_margin;

int right_margin;

int vsync_len;

int upper_margin;

int lower_margin;

int sync;

 

int cmap_grayscale:1;

int cmap_inverse:1;

int cmap_static:1;

int unused:29;

 

/* backlight info */

int backlight_min;

int backlight_max;

int backlight_default;

 

int vs_offset;

int brightness;

int palette_win;

int backlight_level;

int backlight_power;

int lcd_power;

}sep0718_lcdc_info_t;

sep0718_lcdc_info_t是关于0718 lcdc硬件的结构体。里面包含了0718的寄存器映射列表，用于和sep0718fb_info_t值交互的一些参数。

 

3．  驱动详细说明：

Sep0718fb驱动所采用的架构是基于platform的形式。Probe函数是驱动的初始化函数，remove是驱动的卸载函数，suspend和resume是驱动的挂起和恢复函数，在电源管理的时候会用到。

 

Probe函数是整个系统的核心，由于之前提到由于lcdc的使用流程更多的是对寄存器的配置，因此probe对于整个驱动非常重要。Probe主要实现了两件事情，完成了对硬件的初始化以及对framebuffer结构的申请初始化注册。

硬件的初始化分布在probe中的两个地方：

1. if (index == 0)

               sep0718fb_init_hw(&sepfb_info[index]);

这里完成了lcdc的最基本的配置，比如时序，极性，分辨率等，因此这部分的内容是跟具体的屏幕有关的，因此这个函数是需要针对不同的屏幕实现的，具体的代码在fb800_480.c.

2. ret = sep0718fb_init_registers(&sepfb_info[index]);

由于我们的lcdc是overlay多层架构的，因此将针对不同的层分别进行配置。

       对framebuffer结构体的初始化主要分布在probe中的两个函数：

sep0718fb_init_fbinfo(&sepfb_info[index], driver_name, index);//完成了对大部分fb参数的配置

       /* Initialize video memory */

       ret = sep0718fb_map_video_memory(&sepfb_info[index]);//主要完成了对缓冲区的配置。

 

struct fb_ops sep0718fb_ops是整个驱动在初始化结束后会涉及的内容，由于在probe中会将sep0718fb_ops结构体注册到内核中。因此在驱动完成初始化后，其实就是这个结构体在起作用，因此下面讲一下这个结构体所做的工作。在这个结构体中具体是驱动设计到的函数有：

fb_check_var: 在上面的小节中提到对于一个LCD屏来说内核提供了两组数据结构来描述它，一组是可变属性（fb_var_screeninfo描述），另一组是不变属性（fb_fix_screeninfo描述）。对于可变属性，应该防止在操作的过程中出现超出法定范围的情况，因此内核应该可以调用相关函数来检测、并将这些属性固定在法定的范围内。我们在这里的实现主要是针对bits_per_pixel的。

 

fb_set_var：用户应用程序可通过ioctl对FIX参数进行重新配置，因此在进行这个之前首先会调用check_var保证参数在支持范围内。参数可改变的列表见var结构体，实际应用中主要是改变屏幕bpp和行的长度。这里需要注意的一个地方时在set_var函数的内部我们是通过active函数来使寄存器重新配置的，对寄存器参数进行重新配置时一定要对lcdc先关闭，然后配完了再使能。

 

fb_pan_display：FBIOPAN_DISPLAY在linux的注释里是“平移显示”的意思。怎么理解呢？就是按照y坐标平移显示缓存中的内容。调用FBIOPAN_DISPLAY时，会传一个y坐标偏移量yoffset给驱动，然后驱动会把当前显存的指针偏移 “yoffset X 屏幕宽度 X 位色字节数” 个字节，这样就好像实现了图像的y坐标平移，也就是“平移显示”。当这个yoffset等于屏幕高度的时候，就实现了显存的切换。由于android中的要求是对y方向平移显示，所以我们在这里的实现也是平移显示的。注意是y平移还是x平移是在sep0718fb_init_fbinfo初始化函数中的      finfo->fb.fix.ypanstep = 1;所决定的。

 

fb_ioctl：ioctl函数主要是为驱动实现一些framebuffer架构没有包含的一些特殊的特性，用户应用程序可以通过ioctl来操作这些特殊的操作。Sep0718的overlay，alpha blending， color key等功能就是通过此处实现的。

第三部分：驱动的内核配置及代码分布：

1: 文件位置说明（具体文件，kconfig，makefile）

整个驱动主要分为3个文件，均在/drivers/video/sep0718目录：sep0718_fb.c是整个framebuffer的最主要的组成，包含了fb的所有操作，硬件配置；fb800_480.c是具体液晶屏的配置文件；sep0718_fb.h是fb的头文件。

 

由于驱动是platform结构，因此还有一部分关于device设备描述的代码在/arch/arm/mach_sep0718/board.c中。

 

相应kconfig代码位置：/drivers/video/kconfig line245-295

comment "SEP0718 Frame buffer hardware drivers config"

depends on FB

 

config FB_SEP0718

tristate "SEP0718 frame buffer support "

depends on FB && ARCH_SEP0718

select FB_CFB_FILLRECT

select FB_CFB_COPYAREA

select FB_CFB_IMAGEBLIT

help

          Frame buffer driver for SEP0718 based boards.

 

choice

prompt "SEP0718 LCDC TYPE"

depends on FB_SEP0718

default FB_SEP0718_800_480

 

config FB_SEP0718_800_480

bool "800*480 lcd support "

depends on FB_SEP0718

 

endchoice

 

 

choice

prompt "SEP0718 LCDC COLOR TYPE"

depends on FB_SEP0718

default FB_SEP0718_BPP_16

 

config FB_SEP0718_BPP_16

bool "16 bpp"

depends on FB_SEP0718

 

config FB_SEP0718_BPP_18

bool "18 bpp unpacked"

depends on FB_SEP0718

 

config FB_SEP0718_BPP_24

bool "24 bpp unpacked"

depends on FB_SEP0718

 

endchoice

 

config FB_SEP0718_NUM

    int "Number of Framebuffers"

    depends on FB_SEP0718

    default "1"

 

config FB_SEP0718_VIRTUAL_SCREEN

bool "sep0718 virtual screen support"

depends on FB_SEP0718

 

comment "********************"

depends on FB

 

相应的makefile的位置，drivers/video/sep0718/makefile：

obj-$(CONFIG_FB_SEP0718) += sep0718_fb.o

obj-$(CONFIG_FB_SEP0718_800_480) += fb800_480.o

 

通过这种架构的实现，以后增加不同型号液晶屏，只需直接增加一个液晶屏的配置文件，可以完全拷贝fb800_480.c的代码，只需对文件开始处的宏定义按照所用的屏进行修改即可（当然也需要按照fb800_480.c, 对kconfig和makefile部分进行修改，即按照红色部分进行增加）。

 

2:  make menuconfig选择：

简单驱动选择路径：

一次选上framebuffer驱动，控制台输出，bootuplogo