摘 要： Framebuffer在Linux的顯示設(shè)備上起著一個抽象的而又相當(dāng)重要的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，諸多MCU-LCD嵌入式設(shè)備需要支持更多的上層應(yīng)用二次開發(fā)及更友好的UI界面，但是由于MCU-LCD是在早期單片機中使用，對采用了Framebuffer架構(gòu)的內(nèi)核支持不太好。對Framebuffer自身的框架及MCU-LCD的硬件接口進(jìn)行了分析和研究，根據(jù)Framebuffer的架構(gòu)并結(jié)合MCU-LCD自身的特點，在比較了RGB與MCU優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，設(shè)計了支持Linux幀緩沖的MCU-LCD設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)果，實現(xiàn)了內(nèi)核Framebuffer對MCU-LCD的支持。實際應(yīng)用表明，該設(shè)計對于傳統(tǒng)的MCU-LCD同樣也能與Framebuffer較好地結(jié)合，滿足更友好的界面開發(fā)需求。

　　關(guān)鍵詞： 液晶顯示；幀緩沖；驅(qū)動程序；RGB-LCD接口；MCU-LCD接口

　　在嵌入式的主流 LCD屏中主要支持兩大類硬件接口，一種是常見的RGB接口，另外一種是MCU接口。MCU-LCD因最早針對單片機的領(lǐng)域使用而得名。它在中低端手機中大量使用,其主要特點是價格便宜。MCU-LCD接口的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語是Interface 80,因此在很多文檔中用I80來指MCU-LCD屏[1]。

　　MCU-LCD屏與RGB-LCD屏主要區(qū)別在于顯存的位置不同。RGB-LCD的顯存是由系統(tǒng)內(nèi)存充當(dāng)?shù)?，因此其大小只受限于系統(tǒng)內(nèi)存的大小，這樣 RGB-LCD可以做出較大尺寸。比如現(xiàn)在4.3英寸只能算入門級；而MID中7英寸、10英寸的屏都開始大量使用。但是MCU-LCD在設(shè)計之初只考慮單片機的內(nèi)存較小、資源受到限制，因此把顯存內(nèi)置在LCD模塊內(nèi)部，然后軟件通過專門顯示命令來更新顯存。這樣一來，MCU屏往往不能做得很大，同時顯示更新速度也比RGB- LCD慢。MCU-LCD同RGB- LCD異同如表1所示。

　　隨著顯示技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展以及Linux在嵌入式系統(tǒng)中的普及，RGB-LCD越來越流行，在內(nèi)核驅(qū)動中，有諸多RGB-LCD的驅(qū)動實例及相關(guān)文檔可以參考。由于MCU-LCD是在早期單片機中使用，因此內(nèi)核對其支持不是太好，特別是采用了Framebuffer架構(gòu)的內(nèi)核。

1 MCU-LCD接口

　　MCU接口中包括I80。I80全稱為8080并口協(xié)議，是由Intel公司提出的。除8080接口協(xié)議外，還有摩托羅拉的6800接口協(xié)議，兩者的不同在于控制器，8080通過“讀使能（RE）”和“寫使能（WE）”兩條控制線進(jìn)行讀寫操作。很多MCU或者LCD模塊外部接口一般采用并行方式,并行接口常見接線方式如圖1所示。

　　1.1 8080模式

　　8080模式接口信號通常有:/RES（復(fù)位線），DB0~DB7(雙向數(shù)據(jù)線)，D/I（數(shù)據(jù)/指令選擇線，1:數(shù)據(jù)讀寫，0:命令讀寫），CS（片選信號線，如果有多片組合,可有多條片選信號線），/WR（MPU向LCD寫入數(shù)據(jù)控制線），/RD（MPU從LCD讀入數(shù)據(jù)控制線）。

　　1.2 6800模式

　　6800模式支持可選擇的總線寬度8/9/16/18 bit（默認(rèn)為8 bit），其實際設(shè)計思想與I80一樣，主要區(qū)別就是該模式的總線控制讀寫信號組合在一個引腳（/WR）上，并增加了一個鎖存信號(E)。

2 基于Framebuffer的MCU-LCD接口驅(qū)動設(shè)計

　　2.1 Framebuffer架構(gòu)

　　Framebuffer是LCD對應(yīng)的一種HAL，提供了顯示設(shè)備的抽象描述，它把顯存抽象為一種設(shè)備。應(yīng)用程序通過定義好的接口可以訪問顯卡，而不需要知道底層的任何操作，操作可以直接反映到顯示設(shè)備中[2]。

　　Framebuffer驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括4個部分：fb_info、fb_ops、fb_var_screen和fb_fix_screen。fb_info結(jié)構(gòu)體是幀緩沖設(shè)備中最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括了幀緩沖設(shè)備屬性和操作的完整性屬性。fb_ops結(jié)構(gòu)體中的成員變量為指向底層操作的函數(shù)指針。fb_var_screen結(jié)構(gòu)體記錄用戶可以修改的顯示控制器參數(shù)，fb_fix_screen記錄用戶不可修改的顯示控制器參數(shù)。Framebuffer對應(yīng)的驅(qū)動及其具體實現(xiàn)在linux/driver/video目錄下[3]。

　　2.2 MCU-LCD驅(qū)動開發(fā)

　　MCU-LCD存在黑白、4級灰度、16級灰色、256色、4 096色的STN液晶屏蔽，同時也存在黑白、4級灰度、16級灰度、256色、64K的TFT液晶顯示屏[3-4]。不同的灰度等級或者色彩度對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)總線寬度。此處以16位數(shù)據(jù)總線寬度為例,6800的驅(qū)動與8080接口的驅(qū)動一致。

　　首先在/driver/video目錄下增加mcu-lcd_fb.c文件。在Linux驅(qū)動中，通過設(shè)備的名稱與驅(qū)動的名稱進(jìn)行匹配，從而調(diào)用xx_probe函數(shù),所以在mcu-lcd-fb.c中首先添加mcu-lcd-fb_probe函數(shù)。此函數(shù)用于完成對LCD設(shè)備的初始、分配顯示緩沖區(qū)及注冊Framebuffer驅(qū)動。對LCD設(shè)備的初始化工作包括對相應(yīng)設(shè)備的寄存器相關(guān)配置工作的初始化和對fb_fix_screen中的固定硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時對fb_var_screen中可變的參數(shù)進(jìn)行配置。分配顯示緩沖區(qū)則需要根據(jù)液晶顯示屏的分辨率、像素點的寬度進(jìn)行計算，從而得到所需要的內(nèi)存空間大小。之后調(diào)用內(nèi)核的API函數(shù)，注冊一個Framebuffer驅(qū)動[5-7]。

　　接下來聲明MCU-LCD的fb_ops。

　　static struct fb_op mcu_lcd_ops = {

　　.owner = THIS_MODULE,

　　.fb_check_var = mcu_lcd_check_var,

　　.fb_set_par = mcu_lcd_set_par,

　　.fb_setcolreg = mcu_lcd_setcolreg,

　　.fb_blank = mcu_lcd_blank,

　　.fb_open = mcu_lcd_open,

　　.fb_release = mcu_lcd_release,

　　.fb_copyarea = cfb_copyarea,

　　.fb_fillrect = cfb_fillrect,

　　.fb_imageblit = cfb_imageblit,

　　};

　　mcu_lcd _check_var函數(shù)確認(rèn)LCD顯示屏的可變參數(shù)。mcu_lcd_set_par對硬件參數(shù)進(jìn)行配置。mcu_lcd_setcolreg對LCD寄存器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置其顯示模式和顏色數(shù)。在MCU-LCD初始化以后，只需要對LCD顯示屏中的GRAM寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，LCD就會根據(jù)寫入的數(shù)據(jù)顯示相關(guān)的信息。在此函數(shù)中，使用偽畫板，將需要顯示的數(shù)據(jù)放在偽畫板中進(jìn)行暫時的保存。不同于RGB模式下的LCD屏，此時無需再對LCD寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。cfb_copyarea、cfb_fillrect、cfb_imageblit則是調(diào)用Linux系統(tǒng)自帶的3個函數(shù)，用于對圖片顯示、矩形填充及區(qū)域拷貝進(jìn)行操作。在mcu_lcd_open函數(shù)中，則是在打開Framebuffer設(shè)備文件時進(jìn)行操作。由于MCU-LCD沒有時鐘線對顯示屏進(jìn)行刷新操作，因此在mcu_lcd_open函數(shù)中啟動一個內(nèi)核線程。設(shè)置好內(nèi)核線程執(zhí)行的頻率，類似于LCD屏的刷新率。當(dāng)內(nèi)核線程進(jìn)行調(diào)度時，啟動CPU中內(nèi)存地址間的DMA傳輸控制，對LCD內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)來進(jìn)行刷新操作[8-10]。

　　Linux在嵌入式技術(shù)的發(fā)展過程中起著越來越重要的作用。Framebuffer在Linux的UI上起著抽象而又相當(dāng)重要的作用。以前的諸多嵌入式設(shè)備隨著技術(shù)的發(fā)展需要進(jìn)行功能及安全方面的擴(kuò)展，MCU-LCD也需要支持更多的上層應(yīng)用二次開發(fā)及更友好的UI界面，如QT、MiniGui等。本文通過實現(xiàn)支持MCU-LCD的Framebuffer驅(qū)動，從而支持了MCU-LCD對嵌入式領(lǐng)域更好的擴(kuò)展。

　　在Framebuffer機制的基礎(chǔ)上，基于MCU-LCD這種在過去單片機時代較為通用的顯示設(shè)備，實現(xiàn)了嵌入式平臺下的Linux驅(qū)動程序設(shè)計，很好地解決了通用的MCU接口的LCD驅(qū)動實現(xiàn)。該設(shè)計為一些流行的嵌入式圖形庫如QT、MiniGUI的移植工作提供了基礎(chǔ)，對界面的二次開發(fā)具有良好的指導(dǎo)意義。

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