Android平臺Bootloader的刷屏功能擴展設計

摘要：Android系統(tǒng)在正常啟動中，刷屏功能一般在內核中執(zhí)行，而Bootloader的任務應該是執(zhí)行硬件初始化，并盡快跳轉到Linux內核。在Bootloader啟動過程中使能一個顯示驅動，實現(xiàn)刷屏功能，并不違背這一目標。本文通過對Bootloader的原理分析和嵌入式芯片C6310中LCD控制器的研究，設計了Bootloader中LCD硬件初始化和軟件驅動程序。該設計完善了Bootloader的擴展功能，加快了手機動畫的實現(xiàn)，改善了客戶的使用體驗。
關鍵詞：Bootloader；LCD控制器；驅動設計

引言
    Android自2011年以來實現(xiàn)了計算機誕生以來最快速度的用戶群體增長，目前Android以每天85萬新激活數(shù)的速度快速征服世界，在世界范圍內成為占有率最高的智能手機操作系統(tǒng)。根據(jù)賽諾的調研報告，Android系統(tǒng)在中國的市場份額高達74．7％。然而很多硬件制造商在舊設備的升級問題上動作緩慢。Android 4．0的配置要求比起之前的Android系統(tǒng)有較大的提高，導致很多廠商在中低端市場的新機型和主推機型都無法達到最低配置要求。根據(jù)市場的需求，低端Android手機存在著巨大商機。在低價格的情況下，如何實現(xiàn)高配置的要求，成為手機開發(fā)商研究的重點。
    對于Android系統(tǒng)，Bootloader是基于特定平臺來實現(xiàn)的。Booloader是否解鎖關系到各方的利益，解鎖Bootloader將會給用戶帶來很大的好處，Android用戶將能夠自行根據(jù)需要刷寫固件，去掉可能導致扣費的運營商服務，得到更加多樣的Android體驗。因此，本文根據(jù)定制的實際平臺，提出了一種面向客戶需求的實現(xiàn)Bootloader擴展功能的設計方案。

1 Bootloador的基本原理及功能介紹
    Bootloader(系統(tǒng)啟動加載器)，其實就是在系統(tǒng)啟動之前運行的一段程序。Bootloader的作用是對硬件設備初始化，建立內存空間映像圖，從而把系統(tǒng)的軟件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)。這樣，系統(tǒng)在調用內核時就準備好真正的環(huán)境，最終引導系統(tǒng)正常啟動。對于Android系統(tǒng)，通常并沒有PC機那樣的周件程序BIOS，因此Bootloader必須完成整個系統(tǒng)的加載任務。而且對于嵌入式系統(tǒng)，其硬件的差別也是很大的，在操作系統(tǒng)啟動之前，必須完成這些硬件的初始化工作，這就導致嵌入式系統(tǒng)Bootloader的功能和具體實現(xiàn)都比PC系統(tǒng)復雜得多。
    LK(Linux Kernel)是小內核小操作系統(tǒng)，是AndroidBootloader的核心。在高通代碼中，Android Bootloader位于bootable＼bootloader＼1k目錄下，Bootloader的功能性設計主要在app＼aboot．c下，aboot_init函數(shù)是LK的功能入口點。aboot_init的執(zhí)行過程如下：
    ①設置NAND／EMMC讀取信息頁面大??；
    ②讀取按健信息。判斷是正常開機、進入fastboot，還是進入recovery模式；
    ③從NAND中加載內核；
    ④啟動內核。實現(xiàn)刷屏功能可以在讀取按鍵之前，所以Bootloader擴展功能的設計流程如圖1所示。

2 LCD控制器及外圍設備連接
2．1 LCD控制器介紹
    LCD控制器是Android手機開發(fā)項目中C6310芯片的必備模塊，它負責將需要顯示的數(shù)據(jù)，如操作界面、圖像等送給LCD顯示設備。在手機的應用中，LCD顯示設備主要有以下幾類：被動顯示模式STN屏、主動顯示模式TFT屏，以及主動模式OLED屏。根據(jù)顯示顏色不同，又可以分為單色屏和彩色屏。LCD控制器不直接和LCD顯示屏相連，而是和LCD驅動器相連，這樣簡化了接口信號數(shù)量和顯示控制過程。LCD控制器時序由控制信號和圖像數(shù)據(jù)兩部分組成，其中控制信號包括VCLK、HSYNC、VSYNC，分別為像素時鐘信號、行同步信號、幀同步信號。作為幀同步信號的VSYNC，每發(fā)出一個脈沖，都意味著新的一屏圖像數(shù)據(jù)開始發(fā)送。而作為行同步信號的HSYNC，每發(fā)出一個脈沖，都意味著新的一行圖像資料開始發(fā)送。在幀同步以及行同步的頭尾都必須保留回掃時間。這樣的時序安排起源于CRT顯示器電子槍偏轉所需的時間，但后來成為實際上的工業(yè)標準，因此TFT屏也包含了回掃時間。
    C6310芯片內部集成了一個LCD控制器，通常配置寄存器來控制其工作，命令和圖像數(shù)據(jù)的傳輸由LCD主控制器自動完成。C6310的LCD控制器采用并行或串行接口工作時，最多支持3層圖像合并(L1、L2、L3)，L4層用作命令存儲空間。命令存儲空間中一個命令有20位，占用32位空間。第一個0～17位對應LCD_CMD寄存器中0～17位；第19位用作命令、數(shù)據(jù)切換位。[!--empirenews.page--]
2．2 LCD控制器和LCD驅動囂的硬件連接
    ILI9481是一個單芯片TFT液晶顯示驅動器，通常LCD控制器和LCD驅動器之間有并口、串口、RGB三種接口。采用RGB接口時，控制信息(行同步、場同步等)由主控制器發(fā)送；采用并口、串口時，控制信息包含在發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)中，該項目采用的是C6310 LCD控制器和ILI9481驅動器，它們采用并口連接，圖2描述了LCD主控制器和ILI9481的連接。

    驅動中針對硬件的操作主要為主控制器寄存器的配置，命令和圖像的傳輸由LCD主控制器完成。

3 LCD控制器操作流程設計
    C6310采用L3層作為背景層、L4為命令層。當緩沖區(qū)的圖像數(shù)據(jù)準備好以后，通過B_LCD_BmpOntoScreen16Bpp_ILI9481()函數(shù)啟動LCD控制器，并將圖像數(shù)據(jù)搬移到LCD驅動器。B_LCD_BmlpOntoScreen16Bpp_ILI9481()啟動控制器后，啟動一個等待隊列，等待圖像數(shù)據(jù)傳輸完畢。
    圖像搬移過程中會產生中斷，這里用到L4_EOF、L3_EOF、和L1_EOF中斷，其中L4_EOF為命令傳輸完成中斷，L3_EOF和L1_EOF分別為L3層和L1層數(shù)據(jù)傳輸完成中斷。首先，C6310_LCDC向LCD驅動器發(fā)送一組數(shù)據(jù)，命令發(fā)送完畢后產生L4_EOF中斷。然后，C6310_LCDC向LCD驅動器發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后產生L3_EOF和L1_EOF中斷。
    在LCD進行數(shù)據(jù)顯示前，首先要對LCD控制器的相關寄存器進行正確的設置。表1是C6310中的主要寄存器及其說明。

    連接16位RGB并行接口屏，其寄存器的操作流程如下；
    ①將命令index和命令數(shù)據(jù)寫入存儲器，如果命令是16位，則每一個字對應15：0是命令。如果命令為8位，則每一個字對應7：0是命令，通過每一個字中的第17位、WR_RD和第16位A0控制命令屬性，如果該命令是最后一個命令，命令的第19位設置為1。
    ②配置LCD寄存器。配置第4層的起始地址為命令存儲地址，配置LCD_PCONF控制讀寫時序，配置LCD_L1_SIZE的屏幕大小，配置LCD_PCONF控制讀寫時序，配置LCD_LCONF控制每層的開關和透明覆蓋使能等。
    ③使能LCD控制位LCD_SEL，LCD控制器自動讀取存儲器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇涌凇?br />     ④等待L1_SOF中斷產生后，可以寫下一幀所需要的命令和修改其他層起始地址等。
    ⑤等待BOF中斷可以配置下一幀的LCD_CTRL寄存器或者每一層起始地址。
    ⑥如果連接的是并口或者串口LCD屏，在圖像數(shù)據(jù)寫入存儲器的同時將命令寫到第4層圖像對應地址，LCD控制器會自動讀取這些命令輸出。LCD控制器操作流程如圖3所示。

    從流程圖可以看出，當EOF中斷產生之后，就可以配置LCD控制器下一幀數(shù)據(jù)的起始地址。此時，這些配置不會在當前幀起效，而是在下一幀起效，如果需要當前命令發(fā)送完畢之后發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，L4_WINTH需配置為大于實際命令發(fā)送個數(shù)。本驅動為了讓LCD控制器傳送一幀圖像后停止工作，當L4_EOF中斷到來后，配置下一幀發(fā)送的命令為0x30003。
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4 LCD驅動程序設計
    LCD驅動程序開發(fā)過程中，主要需要實現(xiàn)的是底層驅動程序，底層驅動大體分為兩個部分：硬件初始化部分和實現(xiàn)splash_screen函數(shù)。
4．1 硬件初始化實現(xiàn)
    硬件初始化部分主要由display_init函數(shù)來實現(xiàn)，主要包括初始化LCD控制器、初始化LCD處理器、Frame-buffer設備的配置等工作，主要實現(xiàn)的函數(shù)如下：
    
    fb_config首先使能I2S寫函數(shù)，對ILI9481進行復位操作，fbcon_setup函數(shù)記錄了LCD屏幕參數(shù)，包括屏幕分辨率、時序參數(shù)、像素比特數(shù)(bpp)等參數(shù)，B_LCD_Init_ILI9481函數(shù)肩負著向framebuffer驅動程序傳遞數(shù)據(jù)的任務。初始化LCD控制器的寄存器主要是對LCD的PCD、ARM_INYEN、PBUS_WIDTH、OUT_BPP、LCD_TYPE等寄存器進行配置。LCD控制寄存器主要是對屏幕參數(shù)、ARM中斷使能、并口LCD中片選信號極性、LCD屏類型、時序特性進行配置。主要寄存器如下：
    PCD，配置像素時鐘分屏。
    ARM_INTEN，配置ARM中斷使能信號。當信號為0時，達到中斷產生條件后，不產生送到ARM的中斷信號；當信號為1時，達到中斷產生條件后，產生送到ARM的中斷。
    PBUS_WIDTH，輸出數(shù)據(jù)線位寬，當配置為并口顯示屏時有效。
    OUT_BPP，配置BPP位寬。
    LCD_TYPE，配置LCD屏類型選擇。00為普通RGB接口TFT顯示屏，01為Sharp接口TFT顯示屏，10為并口LCD顯示屏，11為串口LCD顯示屏。
4．2 讀取圖像信息
    splash_screen函數(shù)主要是定義圖像的地址，通過framebuffer對圖像進行顯示。這里將顯示的圖像放在了U盤文件中，當LK啟動時，直接從SDRAM中讀取圖像信息，并定義bmp圖像的地址為0x14000000。圖像顯示函數(shù)如下：
    
    
    LCD顯示數(shù)據(jù)大小是由顯示模式和顯示屏尺寸大小共同決定的。根據(jù)設計要求，使用的是320X480個像素、16bpp的256色LCD，顯示一屏圖像所需的顯示緩沖為320×480×16位。在顯示緩沖器中，每一個像素都占一個字節(jié)，且每個字節(jié)又要區(qū)分RGB格式。在顯示圖像時，需要配置相應的寄存器，這些工作在初始化LCD控制器已經完成。其次，確定圖像緩沖區(qū)的首地址，這個地址在4字節(jié)對齊的邊界上，而且要在SDRAM的4 MB空間之間，顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)會直接顯示到顯示屏上。LCD上顯示的不同圖像信息就是顯示緩沖區(qū)內不同數(shù)據(jù)的輸出。

5 LK的測試與調試
    在該模塊下編寫了一個Makefile文件，在調試LK模塊時，可以單獨編譯LK模塊，這樣就節(jié)約了開發(fā)的時間。編譯LK模塊，得到1k．bin文件。開發(fā)板上電后，進入U盤模式，用最新生成的1k. bin文件替換掉U盤中原始的文件，通過超級終端連接串口，啟動LK。LK啟動打印信息如圖4所示，LK能正常工作，并能執(zhí)行LCD顯示驅動。

結語
    本文通過對Bootloader的研究，提出了一種Android詳細給出了LCD控制器操作流程和LCD的驅動設計。系統(tǒng)啟動正常，運行穩(wěn)定，達到了設計的要求。盡管LCD手機在LK啟動過程中實現(xiàn)LCD顯示的設計方案，并且的種類很多，但驅動程序的設計都可以遵循一定的模式，可以根據(jù)自己設計的需求選擇合適的方法。該方法對Android系統(tǒng)開發(fā)具有一定的借鑒意義和參考價值。