基于Blackfin 處理器的TFT LCD 驅動設計

0、前言

長期以來，傳統(tǒng)的掌上電腦(PDA)等小型手持式設備，由于硬件條件的限制，顯示器件通常是單色 LCD， 用戶界面非常簡單。隨著高性能嵌入式處理器的普及和硬件成本的不斷降低，嵌入式系統(tǒng)的功能也越來越 強。在多媒體應用的推動下，彩色 LCD 開始應用到嵌入式系統(tǒng)中。新一代掌上電腦(PDA)多采用 TFT LCD 顯示器件，支持彩色圖形界面，圖片顯示和視頻媒體播放。掌上電腦(PDA)的操作系統(tǒng)有微軟 Window CE， PalmOS  等。其中 Linux  核心小，成本低廉，源代碼開放，成為各家廠商極力發(fā)展的操作系統(tǒng)。本文就探 討了兩種基于 Blackfin 嵌入式處理器的 TFT LCD 的驅動方案。

 1、Blackfin 處理器和 TFT 液晶簡介

Blackfin系列處理器是ADI公司研制的業(yè)內(nèi)首款嵌入式處理器，它將微控制器、DSP和媒體處理器的優(yōu) 勢集成于單一架構中，已被廣泛應用于消費類多媒體、網(wǎng)絡通信等多個領域。

BF531 是 Blackfin 處理器中的一款，最大時鐘頻率 400MHz，有 2 個 16 位 MAC，兩個 40 位 ALU，4個 8 位視頻 ALU,以及 1 個 40 位移位器。并有高達 148Kbytes 片內(nèi)存儲器，和兩個雙通道存儲器 DMA 控 制器；系統(tǒng)外設包含一個 UART 口，一個 SPI 口，兩個串行口（SPORTs），四個通用時鐘定時器（三個有 PWM 功能），一個實時時鐘，一個看門狗時鐘定時器，以及一個并行外設接口。

設計中我們采用了FG050605作為我們的設計屏，此款液晶為5.6英寸屏，有960(W) x 234(H)個像素， 每三個像素一個點，即每行320個點，共234行。此款連線非常簡單：共32個引腳，其中，一根數(shù)據(jù)時鐘、 一根行頻、一根場頻、一根數(shù)據(jù)使能，三色共18根數(shù)據(jù)線，其余為空腳和電源線。

液晶時序圖如圖1所示：

圖  1：液晶時序圖

 三種真彩的液晶驅動方案：即基于DSP硬件的液晶驅動，基于DSP的嵌入式uClinux液晶驅動和基于FPGA的液晶驅動。本文重點介紹前兩種方案的具體實現(xiàn)。

 2、系統(tǒng)總體設計

Blackfin 處理器的 PPI 口共 20 個引腳，每個時鐘周期可以收發(fā) 16 位數(shù)據(jù)，它為 TFT  LCD  提供了一個無縫的數(shù)據(jù)傳輸接口。

我們采用的這款液晶屏像素時鐘頻率6.25MHz，采用FPGA分頻得到，該時鐘同時接PPI_CLK引腳。行 頻408個像素時鐘周期，場頻59Hz，即259個行頻周期，分別接Blackfin處理器的TMR1/ PPI_FS1和TMR2/ PPI_FS2口。

設計中，我們采用16bit的顏色顯示方式，故分別將紅色和綠色的最高位和最低位相連，即R0和R5、B0和B5。16根數(shù)據(jù)線分別與Blackfin處理器的PPI0到PPI15口相連。數(shù)據(jù)使能引腳接到FPGA上。 硬件框圖如圖2所示：

  2：硬件框圖[!--empirenews.page--]

 3、基于硬件的液晶驅動 同傳統(tǒng)的DSP一樣，直接基于Blackfin處理器液晶驅動。

我們采用DMA的方式通過PPI口傳輸顏色數(shù)據(jù)，將要顯示的數(shù)據(jù)存放在SDRAM中的兩塊緩存區(qū)域中， 采用乒乓模式，在向一塊存儲區(qū)中寫數(shù)據(jù)時，從另一塊存儲區(qū)讀。我們在SDRAM中設置一塊非Cache的存儲區(qū)，因為我們每個點用16 bit數(shù)據(jù)表示，故兩塊緩存區(qū)域共320*(234+9+16)*16 bit，9+16為每場信號丟失的行數(shù)。

3.1  DMA的初始化

我們首先配置DMA的工作參數(shù)。這里DMA采用Descriptor list (small model)，2D傳輸方式，每次傳輸一個字的數(shù)據(jù)。首先設置一個地址列表，用于裝載兩塊緩存區(qū)域的首地址，這樣DMA將從地址指示的空間 讀取數(shù)據(jù)傳送到PPI口。設置DMA每場傳輸259行，每行傳輸320個字的數(shù)據(jù)。最后配置DMA0_CONGFIG， 并使能DMA。主要設置有Descriptor list，2D DMA  的  Inner loop count，設置下次2D DMA的讀取地址相對 本地地址的增量，2D DMA  的  outer loop count，配置DMA工作模式等。

3.2  PPI的初始化

PPI有兩種工作模式：ITU-R 656和General-Purpose PPI。因為我們只需將數(shù)據(jù)通過PPI口送出，故使用GP模式。 設置PPI_FS1和PPI_FS2下降沿有效，一次傳輸16bit數(shù)據(jù)，外部觸發(fā)，兩個外部幀同步信號。主要需要設置的為：PPI  參數(shù)配置，場頻信號發(fā)出到開始數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和每行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個數(shù)。

3.3  Timer的初始化

由于我們采用2個外部幀同步信號，故采用TMR1/ PPI_FS1作為行頻信號（HSYNC），TMR2/ PPI_FS2作為場頻信號（VSYNC）。 為了調試程序需要，我們配置定時器為仿真時定時器持續(xù)工作。因為只需送出數(shù)據(jù)給液晶，故配置其為PWM_OUT模式，我們的定時器使用PPI_CLK，故仍需設置其為PWM_OUT時鐘，計數(shù)到周期結束等。Timer1和Timer2的周期和脈寬按液晶硬件手冊給出設置。

3.4  Frambuffer的初始化

這樣，液晶的相關配置已基本完成，我們在屏幕上寫數(shù)據(jù)即為在兩塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù)。但應注意， 在每次場頻信號到來之后，有19行數(shù)據(jù)不會顯示在屏幕上，之后234行為屏幕顯示部分，最后又有6行數(shù)據(jù) 為多余需丟掉的數(shù)據(jù)。因此，我們將顯示的數(shù)據(jù)顏色信息要全部寫在中間234行。初始化Framebuffer時應 先寫入要丟掉的19行內(nèi)容，再寫入234行的初始化顏色數(shù)據(jù)，最后還須初始化末尾6行丟掉的數(shù)據(jù)。

 4、基于 uClinux 的液晶驅動 嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎、軟硬件均可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。uCLinux  主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元  MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設計的，它是一種優(yōu)秀的嵌入式 Linux 版本，已經(jīng)被成功地 移植到了很多平臺上。對開發(fā)者來說，AD 的 Blackfin 處理器和 uClinux 的結合很有吸引力。

在 blackfin.uclinux.org 網(wǎng)站，提供對在 Blackfin 上嵌入 uclinux 的支持，本設計采用了其嵌入式軟件支 持。選擇了 uClinux-dist-R06R2-RC2.tar.bz2 作為系統(tǒng)使用 uClinux 的源代碼，成功移植了 uClinux 嵌入式平臺。我們用源文件根目錄下 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/bf537-lq035.c 作為模板，進行液晶驅動的修 改。

4.1 程序文件修改

以 bf537-lq035.c 為模板進行修改為 bf533-fg0506.c，由于源程序是按 BF537 開發(fā)板來編寫，我們重點要修改的是信號使用端口，和液晶設置部分。 因為我們的液晶的背光是有逆變器調節(jié)，故將屏蔽原程序文件中關于背光亮度調節(jié)及相關選項。關鍵修改點：液晶的行場頻、時鐘、屏幕大小，定時器的設置（Timer1.Timer2），各種寄存器的設置, 以及寫數(shù)據(jù)的 DMA、PPI 程序部分。液晶顯示數(shù)據(jù)部分：場頻信號到來之后需丟掉的行數(shù)、每場信號需丟掉的總行數(shù)、場頻PPI_CLK  時鐘部分：配置 PPI、Hdp+Hpw  此段時間內(nèi) PPI 不傳數(shù)據(jù)等。配置 TIMER：使能時鐘、設置 Timer 的參數(shù)。設置 DMA 的參數(shù)，設置屏幕尺寸色彩等信息，初始化 Framebuffer 等。

4.2 Makefile 的改寫

此 部 分 是  為 在 編 譯  內(nèi) 核 時 能  夠 將 新 編  寫 的 液 晶  驅 動 編 譯  為 目 標 文  件 。 在 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/Makefile 加入編譯規(guī)則。

4.3 修改 menu "Graphics support"此  部  分  使  編  譯   uClinux 內(nèi)  核  時  ，  可  以  選  擇  是  否  編  入LCD 驅  動  。  在 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/Kconfig 文件里添加編譯信息。這樣，使用 make xconfig 編譯系統(tǒng)內(nèi)核時， 就可以在自定義內(nèi)核設置的 Device Driver 下，Graphic support 中選擇這個選項。

 5、結論

經(jīng)調試、修改，最終兩種方案的液晶均可正確穩(wěn)定顯示所需數(shù)據(jù)，可以滿足本設計預期的數(shù)據(jù)顯示需 求。同時由于 TFT 液晶的可視角度較寬，16 位色彩表現(xiàn)豐富，設計得液晶顯示得到了理想的效果，并對嵌入式設備的屏幕顯示技術有一定的意義。

本文作者創(chuàng)新點：通過對 Blackfin 嵌入式處理器的內(nèi)部資源的合理利用，將其和嵌入式系統(tǒng) uClinux 的 相結合，應用于 TFT LCD 的驅動設計上。相對基于硬件的驅動設計，基于嵌入式系統(tǒng) uClinux 的驅動設 計有功能性強、可靠性高、成本低、體積小、功耗低等優(yōu)勢，更具有實際的推廣應用價值。