嵌入式Linux下的LCD驅動程序設計與實現

隨著嵌入式Linux的迅速發(fā)展，由于其沒有昂貴的版權費，完全開放源代碼，可裁減性與可移植性，因此是開發(fā)嵌入式產品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺。設備驅動程序是Linux內核的重要組成部分，運行在Linux內核底層，在內核源代碼中占較大比例，驅動程序開發(fā)逐漸成為嵌入式軟件開發(fā)中一項重要工作。應項目設計的需要完成了嵌入式Linux下的LCD驅動程序設計。

1 Linux下設備驅動程序
    驅動程序從字面上可以理解為一類程序，這類程序的目的一般是驅動硬件正常工作，所以通常所說的驅動程序都是針對特定的硬件來編寫的。Linux設備驅動程序是為特定的硬件提供給用戶程序的一組標準化接口，它隱藏了設備工作的細節(jié)。Linux系統(tǒng)下驅動程序是運行在內核態(tài)的，是和內核連接在一起的程序。如果運行在用戶態(tài)的應用程序想控制硬件設備，必須通過驅動程序來控制。
    Linux系統(tǒng)的設備分為3種類型，分別是字符設備、塊設備和網絡設備。文中所涉及的LCD驅動屬于字符型設備驅動程序。在對字符設備發(fā)出讀、寫請求時，實際的硬件I／O一般就緊接著發(fā)生了。Linux系統(tǒng)訪問設備就像訪問文件一樣，例如打開關閉設備系統(tǒng)調用open()和close()函數。在Linux內核中，字符設備使用struct file_operations結構來定義設備的各種操作集合。編寫字符設備驅動程序，主要是實現str-uct file_operations結構中的各個函數。

2 基于FFamebuffer的LCD驅動程序設計
2．1 LCD簡介
    設計中采用的嵌入式微處理器是Samsung公司的S3C2410，LCD控制器主要用于傳輸顯示數據和產生控制信號，用戶只需通過讀寫一系列寄存器即可完成配置和顯示控制，圖1是S3C2410平臺LCD控制器的結構圖。

    其各個信號描述及功能如表1所示。

2．2 Framebutfvr概述
    Framebuffer即幀緩沖，是圖形設備的一個提取或抽象，他把一些視頻設備描繪成一個緩沖區(qū)，允許應用程序通過Framebuffer所定義的良好接口訪問圖形設備。Framebuffer是出現在Linux2．2．xx內核當中的一種驅動程序接口。Linux工作在保護模式下，所以用戶態(tài)進程無法像DOS那樣使用顯卡BIOS里提供的中斷調用來實現直接寫屏，Linux抽象出Framebuffer這個設備供用戶態(tài)進程實現直接寫屏。Framebuffer機制模仿顯卡的功能，將顯卡硬件結構抽象化，可以通過Framebuffer的讀寫直接對顯存進行操作。用戶可以將Framebuffer看成是顯示內存的一個映像，將其映射到進程地址空間之后，就可以直接進行讀寫操作，而寫操作可以立即反應在屏幕上。這種操作是抽象、統(tǒng)一的，用戶不必關心物理顯存的位置、換頁機制等具體細節(jié)，這些由Framebuffer設備驅動完成。[!--empirenews.page--]
2．3 驅動程序設計與實現
2．3．1 LCD驅動的模塊加載與卸載
    LCD作為一個相對獨立的硬件單元，被認定為平臺設備，在驅動模塊加載和卸載函數中，就分別注冊和注銷對應的platform_driver。
2．3．2 LCD驅動的探測與移除函數
    探測函數probe主要完成LCD控制器初始化的工作，包括對fb_info結構成員的初始化、內存分配、寄存器的配置、Framebuffer的注冊等。模塊卸載函數中對平臺驅動的注銷會導致其中移除函數的執(zhí)行，這個函數釋放顯示緩沖區(qū)并注銷幀緩沖設備。
2．3．3 LCD驅動的fb_ops成員函數
    在程序設計里，定義LCD驅動的fb_ops結構體和相關函數功能如下所示

    可以看出，fb_ops()結構體類似于file_opera tions()結構體，提供了一個幀緩沖設備的統(tǒng)一接口。s3c2410_ops()函數給出了標準接口到針對具體硬件操作函數的跳轉指針。
2．3．4 Framebuffer設備驅動程序的設計
    驅動程序主要完成的工作有以下5部分：
    (1)編寫初始化函數
    Framebuffer驅動首先要初始化LCD控制器，通過相關寄存器來設置LCD相對應的顯示模式和顏色數，然后分配顯示緩沖區(qū)。通常用vmall-oc()函數分配一段連續(xù)空間，緩沖區(qū)的大小可以用“點陣行數×點陣列數×一個像素的位數／8”計算得到。
    如果使用模塊化加載方式，加載LCD驅動模塊時，系統(tǒng)調用fb_init()函數。卸載LCD驅動模塊時，系統(tǒng)首先調用unregister_framebuffer()取消注冊，然后釋放顯示緩沖區(qū)的內存。
    (2)編寫成員函數
    主要負責編寫fb_ops()對應的底層操作函數。
    (3)讀／寫(read／write)
    完成對幀緩沖區(qū)的讀寫操作。
    (4)映射(map)
    Linux有內核空間和用戶空間，平時工作在保護模式，每個應用程序進程都有自己的虛擬地址空間，應用程序不能直接訪問物理緩沖地址。但是，Linux在文件操作接口(file_operations)中提供了地址映射(mmap)操作，它可以將文件的內容映射到用戶空間，這樣用戶就可以通過讀寫這段地址來訪問緩沖區(qū)，并在屏幕上繪圖。
    (5)輸入／輸出控制
    設備文件的ioctl()調用可以讀取和設置顯示設備的參數，如分辨率、支持顏色數、屏幕大小等。

3 結束語
    在編寫完驅動程序后，將該驅動程序以加載模塊的方式進行編譯，并將編譯好的LCD設備驅動下載到目標板上，通過編寫一個簡單的測試Framebuffer設備驅動的應用程序，實現了設備的打開、關閉、內存映射和iotcl等具體操作，完成了在LCD液晶屏不同行上繪制不同顏色，通過編譯此程序，在目標板上運行，即可在LCD上顯示彩色條紋，這就完成了驅動程序的設計要求。