0,、前言

長期以來，傳統(tǒng)的掌上電腦(PDA)等小型手持式設(shè)備,，由于硬件條件的限制,，顯示器件通常是單色 LCD， 用戶界面非常簡單,。隨著高性能嵌入式處理器的普及和硬件成本的不斷降低,，嵌入式系統(tǒng)的功能也越來越 強(qiáng)。在多媒體應(yīng)用的推動(dòng)下,，彩色 LCD 開始應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中,。新一代掌上電腦(PDA)多采用 TFT LCD 顯示器件，支持彩色圖形界面,，圖片顯示和視頻媒體播放,。掌上電腦(PDA)的操作系統(tǒng)有微軟 Window CE， PalmOS  等,。其中 Linux  核心小,，成本低廉，源代碼開放,，成為各家廠商極力發(fā)展的操作系統(tǒng),。本文就探 討了兩種基于 Blackfin 嵌入式處理器的 TFT LCD 的驅(qū)動(dòng)方案。

 1,、Blackfin 處理器和 TFT 液晶簡介

Blackfin系列處理器是ADI公司研制的業(yè)內(nèi)首款嵌入式處理器,，它將微控制器、DSP和媒體處理器的優(yōu) 勢集成于單一架構(gòu)中,，已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類多媒體,、網(wǎng)絡(luò)通信等多個(gè)領(lǐng)域。

BF531 是 Blackfin 處理器中的一款,，最大時(shí)鐘頻率 400MHz,，有 2 個(gè) 16 位 MAC，兩個(gè) 40 位 ALU,，4個(gè) 8 位視頻 ALU,以及 1 個(gè) 40 位移位器,。并有高達(dá) 148Kbytes 片內(nèi)存儲(chǔ)器,，和兩個(gè)雙通道存儲(chǔ)器 DMA 控 制器；系統(tǒng)外設(shè)包含一個(gè) UART 口,，一個(gè) SPI 口,，兩個(gè)串行口（SPORTs），四個(gè)通用時(shí)鐘定時(shí)器（三個(gè)有 PWM 功能）,，一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘,，一個(gè)看門狗時(shí)鐘定時(shí)器，以及一個(gè)并行外設(shè)接口,。

設(shè)計(jì)中我們采用了FG050605作為我們的設(shè)計(jì)屏,，此款液晶為5.6英寸屏，有960(W) x 234(H)個(gè)像素,， 每三個(gè)像素一個(gè)點(diǎn),，即每行320個(gè)點(diǎn)，共234行,。此款連線非常簡單：共32個(gè)引腳,，其中，一根數(shù)據(jù)時(shí)鐘,、 一根行頻,、一根場頻、一根數(shù)據(jù)使能,，三色共18根數(shù)據(jù)線,，其余為空腳和電源線。

液晶時(shí)序圖如圖1所示：

圖  1：液晶時(shí)序圖

 三種真彩的液晶驅(qū)動(dòng)方案：即基于DSP硬件的液晶驅(qū)動(dòng),，基于DSP的嵌入式uClinux液晶驅(qū)動(dòng)和基于FPGA的液晶驅(qū)動(dòng),。本文重點(diǎn)介紹前兩種方案的具體實(shí)現(xiàn)。

 2,、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

Blackfin 處理器的 PPI 口共 20 個(gè)引腳,，每個(gè)時(shí)鐘周期可以收發(fā) 16 位數(shù)據(jù)，它為 TFT  LCD  提供了一個(gè)無縫的數(shù)據(jù)傳輸接口,。

我們采用的這款液晶屏像素時(shí)鐘頻率6.25MHz,，采用FPGA分頻得到，該時(shí)鐘同時(shí)接PPI_CLK引腳,。行 頻408個(gè)像素時(shí)鐘周期,，場頻59Hz，即259個(gè)行頻周期,，分別接Blackfin處理器的TMR1/ PPI_FS1和TMR2/ PPI_FS2口,。

設(shè)計(jì)中,，我們采用16bit的顏色顯示方式,，故分別將紅色和綠色的最高位和最低位相連,，即R0和R5、B0和B5,。16根數(shù)據(jù)線分別與Blackfin處理器的PPI0到PPI15口相連,。數(shù)據(jù)使能引腳接到FPGA上。 硬件框圖如圖2所示：

  2：硬件框圖

 3,、基于硬件的液晶驅(qū)動(dòng) 同傳統(tǒng)的DSP一樣,，直接基于Blackfin處理器液晶驅(qū)動(dòng)。

我們采用DMA的方式通過PPI口傳輸顏色數(shù)據(jù),，將要顯示的數(shù)據(jù)存放在SDRAM中的兩塊緩存區(qū)域中,， 采用乒乓模式，在向一塊存儲(chǔ)區(qū)中寫數(shù)據(jù)時(shí),，從另一塊存儲(chǔ)區(qū)讀,。我們在SDRAM中設(shè)置一塊非Cache的存儲(chǔ)區(qū)，因?yàn)槲覀兠總€(gè)點(diǎn)用16 bit數(shù)據(jù)表示,，故兩塊緩存區(qū)域共320*(234+9+16)*16 bit,，9+16為每場信號丟失的行數(shù)。

3.1  DMA的初始化

我們首先配置DMA的工作參數(shù),。這里DMA采用Descriptor list (small model),，2D傳輸方式，每次傳輸一個(gè)字的數(shù)據(jù),。首先設(shè)置一個(gè)地址列表,，用于裝載兩塊緩存區(qū)域的首地址，這樣DMA將從地址指示的空間 讀取數(shù)據(jù)傳送到PPI口,。設(shè)置DMA每場傳輸259行,，每行傳輸320個(gè)字的數(shù)據(jù)。最后配置DMA0_CONGFIG,， 并使能DMA,。主要設(shè)置有Descriptor list，2D DMA  的  Inner loop count,，設(shè)置下次2D DMA的讀取地址相對 本地地址的增量,，2D DMA  的  outer loop count，配置DMA工作模式等,。

3.2  PPI的初始化

PPI有兩種工作模式：ITU-R 656和General-Purpose PPI,。因?yàn)槲覀冎恍鑼?shù)據(jù)通過PPI口送出，故使用GP模式,。 設(shè)置PPI_FS1和PPI_FS2下降沿有效,，一次傳輸16bit數(shù)據(jù)，外部觸發(fā)，兩個(gè)外部幀同步信號,。主要需要設(shè)置的為：PPI  參數(shù)配置,，場頻信號發(fā)出到開始數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和每行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

3.3  Timer的初始化

由于我們采用2個(gè)外部幀同步信號,，故采用TMR1/ PPI_FS1作為行頻信號（HSYNC）,，TMR2/ PPI_FS2作為場頻信號（VSYNC）。 為了調(diào)試程序需要,，我們配置定時(shí)器為仿真時(shí)定時(shí)器持續(xù)工作,。因?yàn)橹恍杷统鰯?shù)據(jù)給液晶，故配置其為PWM_OUT模式,，我們的定時(shí)器使用PPI_CLK,，故仍需設(shè)置其為PWM_OUT時(shí)鐘，計(jì)數(shù)到周期結(jié)束等,。Timer1和Timer2的周期和脈寬按液晶硬件手冊給出設(shè)置,。

3.4  Frambuffer的初始化

這樣，液晶的相關(guān)配置已基本完成,，我們在屏幕上寫數(shù)據(jù)即為在兩塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù),。但應(yīng)注意， 在每次場頻信號到來之后,，有19行數(shù)據(jù)不會(huì)顯示在屏幕上,，之后234行為屏幕顯示部分，最后又有6行數(shù)據(jù) 為多余需丟掉的數(shù)據(jù),。因此,，我們將顯示的數(shù)據(jù)顏色信息要全部寫在中間234行。初始化Framebuffer時(shí)應(yīng) 先寫入要丟掉的19行內(nèi)容,，再寫入234行的初始化顏色數(shù)據(jù),，最后還須初始化末尾6行丟掉的數(shù)據(jù)。

 4,、基于 uClinux 的液晶驅(qū)動(dòng) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件均可裁剪,、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能,、可靠性、成本,、體積,、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。uCLinux  主要是針對目標(biāo)處理器沒有存儲(chǔ)管理單元  MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的,，它是一種優(yōu)秀的嵌入式 Linux 版本,，已經(jīng)被成功地 移植到了很多平臺上。對開發(fā)者來說，AD 的 Blackfin 處理器和 uClinux 的結(jié)合很有吸引力,。

在 blackfin.uclinux.org 網(wǎng)站,，提供對在 Blackfin 上嵌入 uclinux 的支持，本設(shè)計(jì)采用了其嵌入式軟件支 持,。選擇了 uClinux-dist-R06R2-RC2.tar.bz2 作為系統(tǒng)使用 uClinux 的源代碼，成功移植了 uClinux 嵌入式平臺,。我們用源文件根目錄下 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/bf537-lq035.c 作為模板,，進(jìn)行液晶驅(qū)動(dòng)的修 改。

4.1 程序文件修改

以 bf537-lq035.c 為模板進(jìn)行修改為 bf533-fg0506.c,，由于源程序是按 BF537 開發(fā)板來編寫,，我們重點(diǎn)要修改的是信號使用端口，和液晶設(shè)置部分,。 因?yàn)槲覀兊囊壕У谋彻馐怯心孀兤髡{(diào)節(jié),，故將屏蔽原程序文件中關(guān)于背光亮度調(diào)節(jié)及相關(guān)選項(xiàng)。關(guān)鍵修改點(diǎn)：液晶的行場頻,、時(shí)鐘,、屏幕大小，定時(shí)器的設(shè)置（Timer1.Timer2）,，各種寄存器的設(shè)置, 以及寫數(shù)據(jù)的 DMA,、PPI 程序部分。液晶顯示數(shù)據(jù)部分：場頻信號到來之后需丟掉的行數(shù),、每場信號需丟掉的總行數(shù),、場頻PPI_CLK  時(shí)鐘部分：配置 PPI、Hdp+Hpw  此段時(shí)間內(nèi) PPI 不傳數(shù)據(jù)等,。配置 TIMER：使能時(shí)鐘,、設(shè)置 Timer 的參數(shù)。設(shè)置 DMA 的參數(shù),，設(shè)置屏幕尺寸色彩等信息,，初始化 Framebuffer 等。

4.2 Makefile 的改寫

此 部 分 是  為 在 編 譯  內(nèi) 核 時(shí) 能  夠 將 新 編  寫 的 液 晶  驅(qū) 動(dòng) 編 譯  為 目 標(biāo) 文  件 ,。 在 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/Makefile 加入編譯規(guī)則,。

4.3 修改 menu "Graphics support"此  部  分  使  編  譯   uClinux 內(nèi)  核  時(shí)  ，  可  以  選  擇  是  否  編  入LCD 驅(qū)  動(dòng)  ,。  在 uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/Kconfig 文件里添加編譯信息,。這樣，使用 make xconfig 編譯系統(tǒng)內(nèi)核時(shí),， 就可以在自定義內(nèi)核設(shè)置的 Device Driver 下,，Graphic support 中選擇這個(gè)選項(xiàng)。

 5、結(jié)論

經(jīng)調(diào)試,、修改,，最終兩種方案的液晶均可正確穩(wěn)定顯示所需數(shù)據(jù)，可以滿足本設(shè)計(jì)預(yù)期的數(shù)據(jù)顯示需 求,。同時(shí)由于 TFT 液晶的可視角度較寬,，16 位色彩表現(xiàn)豐富，設(shè)計(jì)得液晶顯示得到了理想的效果,，并對嵌入式設(shè)備的屏幕顯示技術(shù)有一定的意義,。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過對 Blackfin 嵌入式處理器的內(nèi)部資源的合理利用，將其和嵌入式系統(tǒng) uClinux 的 相結(jié)合,，應(yīng)用于 TFT LCD 的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上,。相對基于硬件的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，基于嵌入式系統(tǒng) uClinux 的驅(qū)動(dòng)設(shè) 計(jì)有功能性強(qiáng),、可靠性高,、成本低、體積小,、功耗低等優(yōu)勢,，更具有實(shí)際的推廣應(yīng)用價(jià)值。