Linux驱动之LCD驱动

显示设备例如LCD，在Linux中用Framebuffer来表征，在/dev目录下显示设备一般表示成这样：/dev/fbX，应用程序通过访问这个设备来访问LCD，实际上应用程序通过操作显存来操作显示设备，显存由驱动程序设置。

Linux中使用fb_info结构体来表示Framebuffer设备，其内容如下：

struct fb_info {
atomic_t count;
int node;
int flags;
struct mutex lock; /* 互斥锁 */
struct mutex mm_lock; /* 互斥锁，用于 fb_mmap 和 smem_*域*/
struct fb_var_screeninfo var; /* 当前可变参数 */
struct fb_fix_screeninfo fix; /* 当前固定参数 */
struct fb_monspecs monspecs; /* 当前显示器特性 */
struct work_struct queue; /* 帧缓冲事件队列 */
struct fb_pixmap pixmap; /* 图像硬件映射 */
struct fb_pixmap sprite; /* 光标硬件映射 */
struct fb_cmap cmap; /* 当前调色板 */
struct list_head modelist; /* 当前模式列表 */
struct fb_videomode *mode; /* 当前视频模式 */
#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT /* 如果 LCD 支持背光的话 */
/* assigned backlight device */
/* set before framebuffer registration,
remove after unregister */
struct backlight_device *bl_dev;  /* 背光设备 */
/* Backlight level curve */
struct mutex bl_curve_mutex;
u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif
......
struct fb_ops *fbops; /* 帧缓冲操作函数集 */
struct device *device; /* 父设备 */
struct device *dev; /* 当前 fb 设备 */
int class_flag; /* 私有 sysfs 标志 */
......
char __iomem *screen_base; /* 虚拟内存基地址(屏幕显存) */
unsigned long screen_size; /* 虚拟内存大小(屏幕显存大小) */
void *pseudo_palette; /* 伪 16 位调色板 */
......
};

其中最重要成员有：var，fix，fbops（LCD设备的操作集合），screen_base（显存基地址），screen_size（显存大小），pseudo_palette。

var结构体变量指的是显示设备的可变参数：

struct fb_var_screeninfo {
__u32 xres;/* visible resolution*//*定义屏幕一行有多少个像素点 */
__u32 yres;                       /*定义屏幕一列由多少个像素点 */__u32 bits_per_pixel;             /*每像素位数(多少BPP)，单位为字节 */__u32 pixclock; /* pixel clock in ps (pico seconds) */ /*像素时钟（皮秒） *//* 行切换，从同步到绘图之间的延迟即HFPD(有效数据之后无效的像素的个数) ，对应于LCD数据手册的Hsyn的front-porch*/
__u32 left_margin; /* time from sync to picture */  /*行切换，从绘图到同步之间的延迟即HBPD(Hsyn脉冲下降沿之后的无效像素的个数) ,对应于LCD数据手册的Hsyn的back-porch*/
__u32 right_margin; /* time from picture to sync */  /*帧切换，从同步到绘图之间的延迟即VFPD(有效数据之后还要经历的无效行数(之后是下一帧数据)) ，对应于LCD数据手册的Vsyn的front-porch*/
__u32 upper_margin; /* time from sync to picture */ /*帧切换，从绘图到同步之间的延迟即VBPD(Vsyn脉冲下降沿之后还要经历的无效行数) ，对应于LCD数据手册的Vsyn的back-porch */
__u32 lower_margin;  /*水平同步的长度即HSPW(Hsyn信号的脉冲宽度)，对应于LCD数据手册的Hsyn的pulse Width */
__u32 hsync_len;  /* length of horizontal sync*//*垂直同步的长度即VSPW(Vsyn信号的脉冲宽度)，对应于LCD数据手册的Vsyn的pulse Width */
__u32 vsync_len;  /* length of vertical sync*/    __u32 sync;   /* see FB_SYNC_**/            /* 查看宏FB_SYNC_*/__u32 vmode;  /* see FB_VMODE_**/         /*  查看宏FB_VMODE_ */....
}

这些参数都是可以在设备树中进行修改的，具体的参数是多少要根据LCD的数据手册来进行修改，LCD的驱动程序会从设备树中读取这些参数。

fix结构体变量指的是不变参数，用户不可进行修改的参数，比如屏幕缓冲区的地址。

struct fb_fix_screeninfo { unsigned long smem_start; /* Start of frame buffer mem physical address) */__u32 smem_len; /*fb缓冲的长度,等于max_xres*max_yres*max_bpp/8  */unsigned long mmio_start; /* Start of Memory Mapped I/O*/  /* 内存映射的I/O的开始位置 */__u32 mmio_len; /* 内存映射的I/O的长度 */....
}

var变量是驱动程序从LCD设备的设备树节点中取得，fix变量中的显存基址和显存大小由驱动程序设置。

LCD设备在Linux内核中一般被组织成一个标准的platform设备，其驱动也是一个平台设备驱动，当总线将设备和驱动匹配起来以后，probe函数会被调用，平台设备驱动的重点就是probe函数。

LCD驱动的probe函数需要完成几件事：

一、申请一个fb_info结构体，设置好其成员变量。

二、初始化SoC的LCD控制器，其实就是配置控制器的各寄存器。

三、调用register_framebuffer函数向Linux内核注册初始化好的fb_info。

各SoC厂商在编写Framebuffer设备驱动的时候，往往会对Linux内核中的fb_info结构体进行二次封装，将SoC的LCD控制器的寄存器地址信息，LCD的时钟信息，fb_info封装在一起。NXP将封装后的结构体称之为：mxsfb_info

下面来看看LCD驱动中的一些重点内容：

static int mxsfb_probe(struct platform_device* pdev)
{struct resource *res;struct mxsfb_info *host;struct fb_info *fb_info;/*从设备树中提取LCD控制器寄存器地址信息*/res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);/*为二次封装的Framebuffer结构体分配内存*/host = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct mxsfb_info),GFP_KERNEL);/*给fb_info分配内存空间*/fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct fb_info), &pdev->dev);/*物理地址映射成虚拟地址，此后可以通过base的值访问到LCD控制器的所有寄存器*/host->base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);/*通过LCD设备的设备树节点中的内容去填充fb_info结构体，主要就是设置上述的重点参数*/ret = mxsfb_init_fbinfo(host);/*配置LCD控制器*/mxsfb_set_par(fb_info);mxsfb_enable_controller(fb_info);/*向Linux内核注册*/ret = register_framebuffer(fb_info);.....}

在mxsfb_init_fbinfo函数对fb_info进行初始化的时候，其中LCD的操作函数集如下：

static struct fb_ops mxsfb_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.fb_check_var = mxsfb_check_var,
.fb_set_par = mxsfb_set_par,
.fb_setcolreg = mxsfb_setcolreg,
.fb_ioctl = mxsfb_ioctl,
.fb_blank = mxsfb_blank,
.fb_pan_display = mxsfb_pan_display,
.fb_mmap = mxsfb_mmap,
.fb_fillrect = cfb_fillrect,
.fb_copyarea = cfb_copyarea,
.fb_imageblit = cfb_imageblit,
};

另外，mxsfb_init_fbinfo 函数通过调用 mxsfb_init_fbinfo_dt 函数从设备树中获取到 fb_info需要的各参数信息然后对fb_info进行填充，mxsfb_init_fbinfo函数会调用 mxsfb_map_videomem 函数申请 LCD 的帧缓冲内存(也就是显存)。这些函数都在mxsfb.c文件中。

注意：

SoC厂商提供的Linux内核一般都默认开启了LCD驱动，没开启的自己配置内核来开启，也就是说LCD驱动一般都是写好的，我们要做的就是改设备树信息。

下面来看看LCD设备树信息，来明确要修改哪些信息。

首先是LCD的引脚信息：

一般自己设计的板子，LCD引脚信息会和原厂评估版一样，几乎不用修改。

屏幕参数信息，这个需要按照自己的LCD屏幕重点修改。

其中bits-per-pixel属性根据具体LCD来设置，RGB565那么一个像素16位，RGB888则为24位。

LCD像素时钟需要自己计算，下面贴出一个计算公式：

注意这里计算的是显示一帧的时间，60帧还需要乘以60。计算像素时钟需要的这些参数，也就是设备树LCD参数信息，查询设备手册可以获得。

参考资料：《正点原子Linux设备驱动开发手册》

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