TQ210 —— LCD

一、LCD控制器
1、S5PV210 LCD控制器
要使一块LCD正常的显示文字或图像，不仅需要LCD驱动器，而且还需要相应的LCD控制器。在通常情况下，生产厂商把LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD玻璃基板制作在一起，而LCD控制器则是由外部的电路来实现，现在很多的MCU内部都集成了LCD控制器，如S5PV210等。通过LCD控制器就可以产生LCD驱动器所需要的控制信号来控制STN/TFT屏了。
LCD控制器可以通过编程支持不同LCD屏的要求，例如行和列像素数，数据总线宽度，接口时序和刷新频率等。
LCD控制器的主要作用，是将定位在系统存储器中的显示缓冲区中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器，并产生必要的控制信号，例如RGB_VSYNC, RGB_HSYNC, RGB_VCLK等。

2、主要特性
（1）支持4种接口类型：RGB/i80/ITU 601(656)/YTU444
（2）支持单色、4级灰度、16级灰度、256色的调色板显示模式
（3）支持64K和16M色非调色板显示模式
（4）支持多种规格和分辨率的LCD
（5）虚拟屏幕最大可达16MB
（6）5个256*32位调色板内存

（7）支持透明叠加

3、控制器子模块
（1）、主要由VSFR, VDMA, VPRCS , VTIME和视频时钟产生器几个模块组成：
（2）、VSFR由121个可编程控制器组，一套gamma LUT寄存器组（包括64个寄存器），一套i80命令寄存器组（包括12个寄存器）和5块256*32调色板存储器组成，主要用于对lcd控制器进行配置。
（3）、VDMA是LCD专用的DMA传输通道，可以自动从系统总线上获取视频数据传送到VPRCS，无需CPU干涉。
（4）、VPRCS收到数据后组成特定的格式（如16bpp或24bpp），然后通过数据接口（RGB_VD, VEN_VD, V656_VD or SYS_VD）传送到外部LCD屏上。
（5）、VTIME模块由可编程逻辑组成，负责不同lcd驱动器的接口时序控制需求。VTIME模块产生 RGB_VSYNC, RGB_HSYNC, RGB_VCLK, RGB_VDEN, VEN_VSYNC等信号。

二、接口信号
FIMD显示控制器信号（我写的word表格怎么成这样了？）
Signal I/O Description LCD Type
LCD_HSYNC O 水平同步信号 RGB I/F
LCD_VSYNC O 垂直同步信号
LCD_VDEN O 数据使能
LCD_VCLK O 视频时钟
LCD_VD[23:0] O LCD像素数据输出
SYS_OE O 输出使能
VSYNC_LDI O Indirect i80接口，垂直同步信号 i80 I/F
SYS_CS0 O Indirect i80接口，片选LCD0
SYS_CS1 O Indirect i80接口，片选LCD1
SYS_RS O Indirect i80接口，寄存器选择信号
SYS_WE O Indirect i80接口，写使能信号
SYS_VD[23:0] IO Indirect i80接口，视频数据输入输出
SYS_OE O Indirect i80接口，输出使能信号
VEN_HSYNC O 601接口水平同步信号 ITU 601/656 I/F
VEN_VSYNC O 601接口垂直同步信号
VEN_HREF O 601接口数据使能
V601_CLK O 601接口数据时钟
VEN_DATA[7:0] O 601接口YUV422格式数据输出
V656_DATA[7:0] O 656接口YUV422格式数据输出
V656_CLK O 656接口数据时钟
VEN_FIELD O 601接口域信号
其中主要的RGB接口信号：
（1）、LCD_HSYNC: 行同步信号，表示一行数据的开始，LCD控制器在整个水平线（整行）数据移入LCD驱动器后，插入一个LCD_HSYNC信号；
（2）、LCD_VSYNC: 帧同步信号，表示一帧数据的开始，LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个LCD_VSYNC信号，开始新一帧的显示；VSYNC信号出现的频率表示一秒钟内能显示多少帧图像，称为“显示器的频率”
（3）、LCD_VCLK：像素时钟信号，表示正在传输一个像素的数据；
（4）、LCD_VDEN: 数据使能信号；
（5）、LCD_VD[23:0]: LCD像素数据输出端口

三、工作时序
下图是LCD RGB接口工作时序图：

上面时序图上各时钟延时参数的含义如下：(这些参数的值，LCD产生厂商会提供相应的数据手册)
VBPD(vertical back porch)：表示在一帧图像开始时，垂直同步信号以后的无效的行数
VFBD(vertical front porch)：表示在一帧图像结束后，垂直同步信号以前的无效的行数
VSPW(vertical sync pulse width)：表示垂直同步脉冲的宽度，用行数计算
HBPD(horizontal back porch)：表示从水平同步信号开始到一行的有效数据开始之间的VCLK的个数
HFPD(horizontal front porth)：表示一行的有效数据结束到下一个水平同步信号开始之间的VCLK的个数
HSPW(horizontal sync pulse width)：表示水平同步信号的宽度，用VCLK计算
（1）帧的传输过程
<1>、VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始，信号宽度为（VSPW + 1）个HSYNC信号周期，即（VSPW + 1）个无效行；
< 2>、VSYNC信号脉冲之后，总共还要经过（VBPD + 1）个HSYNC信号周期，有效的行数据才出现；所以，在VSYNC信号有效之后，还要经过（VSPW + 1 + VBPD + 1）个无效的行；
<3>、随即发出（LINEVAL + 1）行的有效数据；
<4>、最后是（VFPD + 1）个无效的行；
（2）行中像素数据的传输过程
<1>、HSYNC信号有效时，表示一行数据的开始，信号宽度为（HSPW + 1）个VCLK信号周期，即（HSPW + 1）个无效像素；
<2>、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；
<3>、随后发出（HOZVAL + 1）个像素的有效数据；
<4>、最后是（HFPD + 1）个无效的像素；
（3）将VSYNC、HSYNC、VCLK等信号的时间参数设置好之后，并将帧内存的地址告诉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，最终在上述信号的控制下出现在数据总线VD[23:0]上。用户只需要把要显示的图像数据写入帧内存中。

四、外部接口
S5PV210外部LCD控制器接口图如下：

下图是信号的引脚连接描述：

（1）16M（24BPP）色的显示模式
用24位的数据来表示一个像素的颜色，每种颜色使用8位
LCD控制器从内存中获得某个像素的24为颜色值后，直接通过VD[23:0]数据线发送给LCD；
在内存中，使用4个字节（32位）来表示一个像素，其中的3个字节从高到低分别表示红、绿、蓝，剩余的1个字节无效；
（2）64K（16BPP）色的显示模式
用16位的数据来表示一个像素的颜色；
格式又分为两种：
5：6：5 ——使用5位来表示红色，6位表示绿色，5位表示蓝色；
5：5：5：1——分别使用5位来表示红、绿、蓝，最后一位表示透明度；

每种bpp模式下的引脚定义：

五、寄存器
主要寄存器如下：（其它参照用户手册S5PV210X_UserManual.pdf）
（1）VIDCON0: 配置视频输出格式，显示使能（VIDCON0,R/W,ADDRESS=0XF800_0000）

 VIDCON1: RGB 接口控制信号
 VIDCON2 : 输出数据格式控制
 VIDCON3 : 图像增强控制
 I80IFCONx: i80接口控制信号
 ITUIFCON : ITU接口控制信号
 VIDTCONx: 配置视频输出时序及显示大小
 WINCONx: 每个窗口特性设置
 VIDOSDxA,B : 窗口位置设置
 VIDOSDxC,D: OSD大小设置

六、LCD配置步骤（S5PV210手册给出了）
1. VIDCON0: Configures video output format and displays enable/disable.
2. VIDCON1: Specifies RGB I/F control signal.
3. VIDCON2: Specifies output data format control.
4. VIDCON3: Specifies image enhancement control.
5. I80IFCONx: Specifies CPU interface control signal.
6. VIDTCONx: Configures video output timing and determines the size of display.
7. WINCONx: Specifies each window feature setting.
8. VIDOSDxA, VIDOSDxB: Specifies window position setting.
9. VIDOSDxC,D: Specifies OSD size setting.
10. VIDWxALPHA0/1: Specifies alpha value setting.
11. BLENDEQx: Specifies blending equation setting.
12. VIDWxxADDx: Specifies source image address setting.
13. WxKEYCONx: Specifies color key setting register.
14. WxKEYALPHA: Specifies color key alpha value setting.
15. WINxMAP: Specifies window color control.
16. GAMMALUT_xx: Specifies gamma value setting.
17. COLORGAINCON: Specifies color gain value setting.
18. HUExxx: Specifies Hue coefficient and offset value setting.
19. WPALCON: Specifies palette control register.
20. WxRTQOSCON: Specifies RTQoS control register.
21. WxPDATAxx: Specifies Window Palette Data of each Index.
22. SHDOWCON: Specifies Shadow control register.
23. WxRTQOSCON: Specifies QoS control register
实际中，我们还需要配置 LCD 相关信号引脚（GPIO），以及背光控制引脚。

关键点解析：
1、 LCD 时钟源的确定（参考 S5PV210 芯片手册时钟部分）
在 VIDCON0 寄存器中的 CLKSEL_F 域指定 LCD 的时钟源可以是 HCLK 和 SCLK_FIMD。S5PV210 由 3 个时钟域组成，其中 DSYS 域为 FIMD 提供时钟，FIMD 就是 Fully Interactive Mobile Display（完全交互式移动显示设备），即我们要操作的 LCD 控制器。所以上面的 HCLK 为 HCLK_DSYS，由 MOUT_DSYS 分频得到，freq(HCLK_DSYS) = MOUT_DSYS / (HCLK_DSYS_RATIO + 1) = 667 / (3 + 1) = 166MHz，而 SCLK_FIMD 由 MOUT_FIMD 分频得到，而 MOUT_FIMD 的时钟源由 SCLK_SRC1 寄存器中的 FIMD_SEL域确定。
2、在 S5PV210 芯片手册 1.3.1 BRIEF DESCRIPTION OF THE SUB-BLOCK 中提到
Using the display controller data, you can select one of the above data paths by setting DISPLAY_PATH_SEL[1:0] (0xE010_7008). For more information, refer to Chapter, "Section 02.03. Clock controller".我们需要配置这个寄存器
3、 VIDCON1 中配置 HSYNC、 VSYNC、 VDEN 的极性是否反转，这要对比 S5PV210 中的 LCD 时序图和LCD 芯片手册中的 LCD 时序图，如果有效信号的电平或上升沿或下降沿相同，则不反转，否则要反转。
4、 S5PV210 显示控制器有 5 个窗口，每个窗口有 3 个视频缓冲区，通过 WINCON0 寄存器 BUFSEL选择哪一个，这在配置帧缓存地址时用到。
添加 lcd 后，代码已经增大至 37kB，而 BL1 最大为 16KB，所以需要重定位，
初始化时钟、串口、 DDR，设置栈，然后跳转到 DDR 中执行 bl2.bin，在 bl2.bin 中进行 lcd 初始化，画线、画圆。

部分代码如下：

#ifndef LCD_H_
#define LCD_H_#include "types.h" // 重定义了一些类型#define RED   0xFF0000
#define GREEN   0x00FF00
#define BLUE    0x0000FFvoid lcd_init();
void backlight_ctl(u8 ctl);
void lcd_enable(u8 enable);
void draw_pixel(int x, int y, u32 color);
void clear_screen();
void draw_line(int x0, int y0, int x1, int y1, u32 color);
void draw_circle(int x, int y, int r, u32 color);#endif

#include "lcd.h"#define GPD0CON            *((volatile u32 *)0xE02000A0)   // 00000001
#define GPD0DAT         *((volatile u32 *)0xE02000A4)   // 00000001#define GPF0CON          *((volatile u32 *)0xE0200120)   // 22222222
#define GPF1CON         *((volatile u32 *)0xE0200140)   // 22222222
#define GPF2CON         *((volatile u32 *)0xE0200160)   // 22222222
#define GPF3CON         *((volatile u32 *)0xE0200180)   // 00002222#define DISPLAY_CONTROL  *((volatile u32 *)0xE0107008)   // 00000002#define VIDCON0          *((volatile u32 *)0xF8000000)   // 41b10133
#define VIDCON1         *((volatile u32 *)0xF8000004)   // 01b6c060
#define VIDCON2         *((volatile u32 *)0xF8000008)   // 00000000
#define VIDTCON0        *((volatile u32 *)0xF8000010)   // 0009150c
#define VIDTCON1        *((volatile u32 *)0xF8000014)   // 001a0d13
#define VIDTCON2        *((volatile u32 *)0xF8000018)   // 000efb1f
#define VIDTCON3        *((volatile u32 *)0xF800001C)   // 00000000
#define WINCON0         *((volatile u32 *)0xF8000020)   // 0000802d
#define SHODOWCON       *((volatile u32 *)0xF8000034)   // 00000001
#define VIDOSD0A        *((volatile u32 *)0xF8000040)   // 00000000
#define VIDOSD0B        *((volatile u32 *)0xF8000044)   // 003203bf
#define VIDOSD0C        *((volatile u32 *)0xF8000048)   // 000bb800
#define VIDW00ADD0B0    *((volatile u32 *)0xF80000A0)   // 28000000
#define VIDW00ADD1B0    *((volatile u32 *)0xF80000D0)   // 28177c80#define VBPD 23
#define VFPD    22
#define VSPW    2
#define HEIGHT  480#define HBPD 46
#define HFPD    210
#define HSPW    2
#define WIDTH   800
#define BPP     24static u32 bytes_per_line;
static u32 frame_buffer_size;
static u32 frame_buffer_addr = 0x28000000;void lcd_init()
{GPF0CON  = 0x22222222;                        /* LCD_VD[3:0] LCD_VCLK LCD_VDEN LCD_VSYNC LCD_HSYNC */GPF1CON  = 0x22222222;                      /* LCD_VD[11:4] */GPF2CON    = 0x22222222;                     /* LCD_VD[19:12] */GPF3CON   = 0x00002222;                     /* LCD_VD[23:20] */GPD0CON  = (GPD0CON & ~0xF) | (0x1 << 0); /* LCD PWR(backlight) */DISPLAY_CONTROL = (2 << 0);                  /* Display path selection:RGB=FIMD I80=FIMD ITU=FIMD */bytes_per_line = WIDTH;if (BPP > 16)bytes_per_line *= 32;elsebytes_per_line *= BPP;bytes_per_line /= 8;frame_buffer_size = bytes_per_line * HEIGHT;/* Configures video output format and displays enable/disable */VIDCON0  =    (5 << 6) |                /* CLKVAL = 4, HCLK(166MHz) / (5 + 1) = 27MHz */(1 << 4) |             /* Selects the clock source as divide using CLKVAL_F */(0 << 2);              /* Selects the video clock source:HCLK=166MHz *//* Specifies RGB I/F control signal */VIDCON1  =  (0 << 7) |                /* Video data is fetched at VCLK falling edge */(1 << 6) |                /* Inverted HSYNC pulse polarity */(1 << 5) |             /* Inverted VSYNC pulse polarity */(0 << 4);              /* Normal VDEN signal polarity ?????*//* Specifies output data format control */VIDCON2  =     (0b000 << 19) |           /* RGB interface output order(Even line, line #2,4,6,8):RGB */(0b000 << 16);          /* RGB interface output order(Odd line, line #1,3,5,7):RGB *//* Configures video output timing and determines the size of display */VIDTCON0 = (VBPD << 16) |            /* VBPD */(VFPD << 8) |           /* VFPD */(VSPW << 0);            /* VSPW */VIDTCON1 =   (HBPD << 16) |            /* HBPD */(HFPD << 8) |           /* HFPD */(HSPW << 0);            /* HSPW */VIDTCON2 =   ((HEIGHT - 1) << 11) |    /* vertical size of display(LINEVAL + 1) */(WIDTH - 1);            /* horizontal size of display(HOZVAL + 1) */VIDTCON3 =    (0b1 << 31);          /* Enables VSYNC Signal Output */WINCON0  =    (0 << 30) |               /* BUFSEL_H = 0 */(0 << 20) |                /* BUFSEL_L = 0, BUFSEL=0b00(Selects the Buffer set 0) */(1 << 15) |                /* the Word swap Enable */(0xB << 2);             /* Unpacked 24 bpp ( non-palletized R:8-G:8-B:8 ) *//* Specifies window position setting */VIDOSD0A =  (0 << 11) | 0;            /* LeftTop */VIDOSD0B =    ((WIDTH - 1) << 11) | /* RightBotX */(HEIGHT - 1);            /* RightBotY *//* Specifies the Window Size:Height * Width (Number of Word) */VIDOSD0C = frame_buffer_size / 4;/* the start address for Video frame buffer */VIDW00ADD0B0 =  frame_buffer_addr;VIDW00ADD1B0 =  VIDW00ADD0B0 + frame_buffer_size;SHODOWCON = 0x1;   /* Enables Channel 0 */
}void backlight_ctl(u8 ctl)
{if (ctl)GPD0DAT |= 1;elseGPD0DAT &= ~1;
}void lcd_enable(u8 enable)
{if (enable){   VIDCON0 |= 0x3;WINCON0 |= 1;}else{WINCON0 &= ~1;/* see the note in the framebuffer datasheet about why you** cannot take both of these bits down at the same time. */if (VIDCON0 & (1 << 1))VIDCON0 &= ~1;}
}void draw_pixel(int x, int y, u32 color)
{u32 *p = (u32 *)frame_buffer_addr;*(p + y * bytes_per_line / 4 + x) = color;
}void clear_screen()
{int x, y;for (y = 0; y < HEIGHT; y++){for (x = 0; x < WIDTH; x++)draw_pixel(x, y, 0);}
}void draw_line(int x0, int y0, int x1, int y1, u32 color)
{int x, y, dx, dy, Dx, Dy, e, i;Dx = x1 - x0;Dy = y1 - y0;dx = x1 - x0;if (dx < 0)dx *= -1;dy = y1 - y0;if (dy < 0)dy *= -1;x = x0;y = y0;if(dy > dx){e = -dy;for(i = 0; i < dy; i++){draw_pixel(x, y, color);if(Dy >= 0)y++;  elsey--;   e += 2 * dx;if(e >= 0){if(Dx >= 0)x++;elsex--; e -= 2 * dy;}}}else{e = -dx;for(i = 0; i < dx; i++){draw_pixel(x, y, color);if(Dx >= 0)x++;elsex--;e += 2 * dy;if(e >= 0){if(Dy >= 0)y++;elsey--;e -= 2 * dx;}}}
}void draw_circle(int x, int y, int r, u32 color)
{int a, b, num; a = 0; b = r; while(2 * b * b >= r * r) { draw_pixel(x + a, y - b,color); draw_pixel(x - a, y - b,color); draw_pixel(x - a, y + b,color); draw_pixel(x + a, y + b,color); draw_pixel(x + b, y + a,color); draw_pixel(x + b, y - a,color); draw_pixel(x - b, y - a,color); draw_pixel(x - b, y + a,color); a++; num = (a * a + b * b) - r*r; if(num > 0) { b--; a--; } }
}

#include "lcd.h"int main()
{   lcd_init();backlight_ctl(1);lcd_enable(1);clear_screen();draw_line(10, 10, 750, 450, RED);draw_circle(150, 150, 150, BLUE);return 0;
}

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