《電子技術(shù)應(yīng)用》
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嵌入式Linux下S3C2410的調(diào)色板彩色顯示
現(xiàn)代電子技術(shù) 陳喜春 吳政
摘要: 對(duì)于一個(gè)顯示設(shè)備,數(shù)據(jù)的更新率正比于畫面的像素?cái)?shù)和色彩深度的乘積。在嵌入式Linux系統(tǒng)中,受處理器資源配置和運(yùn)算能力的制約,當(dāng)使用大分辨率顯示時(shí)(如在一些屏幕尺寸較大的終端上,往往需要640×480以上),需要降低顯示的色彩深度。否則,由于數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)過重會(huì)造成畫面的抖動(dòng)和不連貫。這時(shí),調(diào)色板技術(shù)將發(fā)揮重要作用。ARM9內(nèi)核的S3C2410在國(guó)內(nèi)的嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,芯片中帶有LCD控制器,可支持多種分辨率、多種顏色深度的LCD顯示輸出。在此,將S3C2410的調(diào)色板技術(shù),以及嵌入式Linux系統(tǒng)下調(diào)色板顯示的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析。
Abstract:
Key words :

 

       對(duì)于一個(gè)顯示設(shè)備,數(shù)據(jù)的更新率正比于畫面的像素?cái)?shù)和色彩深度的乘積。在嵌入式Linux系統(tǒng)中,受處理器資源配置和運(yùn)算能力的制約,當(dāng)使用大分辨率顯示時(shí)(如在一些屏幕尺寸較大的終端上,往往需要640×480以上),需要降低顯示的色彩深度。否則,由于數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)過重會(huì)造成畫面的抖動(dòng)和不連貫。這時(shí),調(diào)色板技術(shù)將發(fā)揮重要作用。ARM9內(nèi)核的S3C2410在國(guó)內(nèi)的嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,芯片中帶有LCD控制器,可支持多種分辨率、多種顏色深度的LCD顯示輸出。在此,將S3C2410的調(diào)色板技術(shù),以及嵌入式Linux系統(tǒng)下調(diào)色板顯示的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析。
 
  1 S3C2410調(diào)色板技術(shù)概述
  1.1 調(diào)色板的概念
  在計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)中,一個(gè)像素的顏色是由它的R,G,B分量表示的,每個(gè)分量又經(jīng)過量化,一個(gè)像素總的量化級(jí)數(shù)就是這個(gè)顯示系統(tǒng)的顏色深度。量化級(jí)數(shù)越高,可以表示的顏色也就越多,最終的圖像也就越逼真。當(dāng)量化級(jí)數(shù)達(dá)到16位以上時(shí),被稱為真彩色。但是,量化級(jí)數(shù)越高,就需要越高的數(shù)據(jù)寬度,給處理器帶來的負(fù)擔(dān)也就越重;量化級(jí)數(shù)在8位以下時(shí),所能表達(dá)的顏色又太少,不能夠滿足用戶特定的需求。
  為了解決這個(gè)問題,可以采取調(diào)色板技術(shù)。所謂調(diào)色板,就是在低顏色深度的模式下,在有限的像素值與RGB顏色之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系的一個(gè)線性表。比如說,從所有的16位彩色中抽取一定數(shù)量的顏色,編制索引。當(dāng)需要使用某種彩色時(shí),不需要對(duì)這種顏色的RGB分量進(jìn)行描述,只需要引用它的索引號(hào),就可以使用戶選取自己需要的顏色。索引號(hào)的編碼長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RGB分量的編碼長(zhǎng)度,因此在彩色顯示的同時(shí),也大大減輕了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
  以256色調(diào)色板為例,調(diào)色板中存儲(chǔ)256種顏色的RGB值,每種顏色的RGB值是16位。用這256種顏色編制索引時(shí),從OOH~FFH只需要8位數(shù)據(jù)寬度,而每個(gè)索引所對(duì)應(yīng)的顏色卻是16位寬度的顏色信息。在一些對(duì)色彩種類要求不高的場(chǎng)合,如儀表終端、信息終端等,調(diào)色板技術(shù)便巧妙地解決了數(shù)據(jù)寬度與顏色深度之間的矛盾。
 
  1.2 S3C2410中的調(diào)色板
  ARM9核的S3C2410芯片可通過內(nèi)置的LCD控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD顯示的控制。以TFT LCD為例,S3C2410芯片的LCD控制器可以對(duì)TFT LCD提供1位、2位、4位、8位調(diào)色板彩色顯示和16位、24位真彩色顯示,并支持多種不同的屏幕尺寸。
 
  S3C2410的調(diào)色板其實(shí)是256個(gè)16位的存儲(chǔ)單元,每個(gè)單元中存儲(chǔ)有16位的顏色值。根據(jù)16位顏色數(shù)據(jù)中,RGB分量所占位數(shù)的不同,調(diào)色板還可以采取5:6:5(R:G:B)和5:5:5:1(R:G:B:1)兩種格式。當(dāng)采用5:6:5(R:G:B)格式時(shí),它的調(diào)色板如表1所示。
  表1中,第一列為顏色索引,中間三列是R,G,B三個(gè)顏色分量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位,分別是5位、6位和5位,最后一列是對(duì)應(yīng)顏色條目的物理地址。當(dāng)采用5:5:5:1(R:G:B:1)格式時(shí),R,G,B三個(gè)顏色分量的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度都是5位,最低位為1。
 
  用戶編程時(shí),應(yīng)首先對(duì)調(diào)色板進(jìn)行初始化處理(可由操作系統(tǒng)提供的驅(qū)動(dòng)程序來完成),賦予256色調(diào)色板相應(yīng)的顏色值;在進(jìn)行圖像編程時(shí),可以將圖像對(duì)象賦予所需的顏色索引值。程序運(yùn)行時(shí),由芯片的LCD控制器查找調(diào)色板,按相應(yīng)的值進(jìn)行輸出。S3C2410芯片圖像數(shù)據(jù)輸出端口VD[23:O]有24位,當(dāng)使用不同的色彩深度時(shí),這24位數(shù)據(jù)可以表示一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的顏色信息。
 
  1.3 調(diào)色板顏色的選擇
  調(diào)色板中顏色的選擇可以由用戶任意定義,但為了編程方便,顏色的選取應(yīng)遵循一定的規(guī)律。例如在Windows編程中,系統(tǒng)保留了20種顏色。另外,在Web編程中,也定義了216種Web安全色,這些顏色可以盡量保留。2S3C2410調(diào)色板在嵌入式Linux系統(tǒng)下的使用ARM實(shí)現(xiàn)圖像顯示時(shí),由LCD控制器將存儲(chǔ)系統(tǒng)中的視頻緩沖內(nèi)容以及各種控制信號(hào)傳送到外部LCD驅(qū)動(dòng)器,然后由LCD驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的顯示。實(shí)際應(yīng)用中,常通過驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)對(duì)寄存器、調(diào)色板進(jìn)行配置。以Linux 2.4內(nèi)核為例,對(duì)調(diào)色板的配置是在驅(qū)動(dòng)程序S3C2410fb.c中完成的。
 
  在一些公司Linux源碼包的S3C2410fb.c文件中,并沒有對(duì)調(diào)色板進(jìn)行配置,因此在8位以下的顯示設(shè)置下。LCD不能正常工作。若需要使用調(diào)色板,必須對(duì)此文件進(jìn)行修改。

     2.1 驅(qū)動(dòng)程序的修改
  查S3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè),調(diào)色板的物理起始地址為0x4d000400,應(yīng)先將調(diào)色板的物理地址映射到內(nèi)核中的虛擬地址,然后對(duì)其進(jìn)行賦值。具體步驟如下:
 
  (1)在S3C2410.h文件中添加:
 
  #define MYPAL(Nb)__REG(Ox4d000400+(Nb)*4)
 
    其作用是實(shí)現(xiàn)物理地址到虛擬地址的映射。
 
  (2)在S3C24lOfb.h文件,通過下列語(yǔ)句定義256種顏色。
 
  static const u_short my_color[256]={0x0000,0x8000,…}:
 
  數(shù)組中的每個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)表示一種顏色,RGB分量采用的是5:6:5格式。
 
  (3)在S3C2410fb.c文件的S3C2410fb-activate_var(…)函數(shù)中,通過下列語(yǔ)句對(duì)這256個(gè)調(diào)色板進(jìn)行賦值。
 
  (4)另外,注意改變LCD控制寄存器LCDCON1的BPPMODE值,設(shè)定為需要的顏色深度。
 
  (5)重新編譯內(nèi)核,燒寫內(nèi)核。
 
  2.2 應(yīng)用程序的編寫
  當(dāng)S3C2410用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)時(shí),其圖形功能一般是依靠幀緩存(Frame buffer)實(shí)現(xiàn)的。屏幕上的每個(gè)點(diǎn)都被映射成一段線性內(nèi)存空間,通過應(yīng)用程序改變這段內(nèi)存的值,就可以改變屏幕的顏色。當(dāng)色深在16位以上時(shí),用戶直接指定顏色的RGB分量;當(dāng)色深在8位以下時(shí),用戶應(yīng)當(dāng)指定顏色在調(diào)色板中的索引值。
 
  當(dāng)使用MiniGUI等嵌入式圖形系統(tǒng)時(shí),只需要將界面元素的顏色值設(shè)為所需顏色的索引值即可。例如:
 
  WinElementColors[i]=142;
 
  就是將WinElementColors[i]的顏色設(shè)置為索引號(hào)為142的調(diào)色板顏色。
 
  3 結(jié)語(yǔ)
 
  在筆者開發(fā)的某型指揮車仿真終端中,其顯示分辨率設(shè)置為640×480。如果色深設(shè)置為16 b/p,在系統(tǒng)使用時(shí),畫面將會(huì)出現(xiàn)明顯的抖動(dòng)、不連貫,這是由于芯片的運(yùn)算負(fù)荷過重造成的。如果按本文中提到的方法對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)加以修改,采用8位色深顯示,顏色的選取可以滿足需要,畫面的顯示將明顯穩(wěn)定。這說明,在顯示分辨率較高,色彩種類要求比較簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用中,調(diào)色板技術(shù)是一個(gè)非常值得重視的選擇。
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