基于嵌入式ARM的LCD图像显示系统设计

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:369

0 引言

　　随着嵌入式技术迅猛发展和linux在信息行业中广泛应用，利用嵌入式linux系统实现图像采集处理已有可能。实时获得图像数据是实现这些应用的重要环节。本文使用的系统硬件平台采用samsung公司的处理器s3c2410，并以此为基础，在基于嵌入式linux系统平台上设计了建立图像视频的一种方法。

1 系统硬件电路设计

　　s3c2410芯片处理器内部集成了arm公司arm920t处理器核的32位微控制器，资源丰富，带独立的16 kb的指令cache和16 kb数据cache、lcd(液晶显示器)控制器、ram控制器、nand闪存控制器、3路uart、4路dma、4路带pwm的定时器、并行i/o口、8路10位adc、touch screen接口、i2c接口、i2s接口、2个usb接口控制器、2路spi，主频最高可达203 mhz。在处理器丰富资源的基础上，本平台配置了64 mb的flash和64 mb、32位的sdram，以支持操作系统和液晶屏显示运算的需要。

　　s3c2410内置有液晶屏控制器，可以支持最大256 k色tft彩色液晶屏、最大4 k色stn彩色液晶屏。考虑到本系统的应用领域对图像显示的要求相对较高，故采用8英寸640×480 tft液晶屏(型号为lq080v3dg01)。lq080v3dg01要求其电源电压vdd典型值为3.3 v/5 v，并且lcd数据和控制信号的高电平输入电压vih最小值为2.3 v，所以本系统直接使用s3c2410的控制口线与它相连，而没有设置电平转换电路。具体的电路连接如图1所示。芯片工作模式为16位色(5：6：5)。

2 系统软件设计

2.1 linux操作系统

　　本视频显示系统的软件以嵌入式linux为基础。linux是免费运行、快速高效的操作系统。在过去的几年中，基于开源组织的linux系统的嵌入式操作系统得到了长足的发展。linux操作系统虽然不是微内核结构，但是其模块化的结构使得用户可以对其方便地进行配置，去除用户系统不需要的模块以减小系统的开销，可以做到几百k大小。综合考虑系统的功能和可扩展性以及系统的运行速度，本方案中的嵌入式linux所采用的内核版本是kernel-2.4.18。

　　在向基于s3c2410的硬件平台上安装嵌入式linux操作系统μclinux后，为了使lcd能正常显示，还需要在μclinux系统下开发lcd的驱动程序。

2．2 framebuffer设备驱动

　　帧缓冲(framebuffer)是出现在linux2.2.xx内核中的一种驱动程序接口，该设备提供了lcd控制器的抽象描述。它同时代表了lcd控制器上的显存，应用程序通过定义好的接口可以访问lcd控制器，而不需要知道底层的任何操作。本系统通过帧缓冲实现lcd驱动程序的开发工作。

　　该设备使用特殊的设备节点，是一个字符设备，其主设备号是29，次设备号定义帧缓冲个数。从用户角度看，帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似。

　　帧缓冲的显示缓冲区位于μclinux中核心态地址空间，而在μclinux中，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，μclinux提供了mmap函数，可将文件的内容映射到应用程序空间。对于帧缓冲设备，则可通过映射操作，将屏幕缓冲区的物理地址映射到应用程序空间的一段虚拟地址中，之后就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。帧缓冲中内存块分布如图2所示。

　　帧缓冲设备是一种普通的内存设备，支持直接读写其内容。支持使用read()，write()，seek()以及mmap()函数。不同之处是帧缓冲的内存不是所有内存区，而是lcd控制器专用的那部分内存。/dev/fb*允许使用ioctl操作，通过ioctl可以读取或设定设备参数。颜色映射表也通过ioctl设定。下面是ioctl和本系统相关的应用及相关数据结构部分：

　　a)获取设备一些不变的信息，如设备名，屏幕的组织对应内存区的长度和起始地址。

　　b)获取可以发生变化的信息，例如位深、颜色格式、时序等，如果改变这些值，驱动程序将对值进行优化，以满足设备特性。

　　c)获取或设定部分颜色表。

　　但在实际系统运用时，使用read、write函数在读或写之前持续地寻址将会导致很多开销。基本解决方法是映射屏幕内存。当屏幕内存被映射到应用程序时，将得到一个直接指向屏幕内存的指针。

　　在本系统和其他类似运用中，首先要从新得到的帧缓冲设备取回信息。帧缓冲设备在很大程度上依靠：stnlct fb_var_screeninfo；struct fb_fix_screeninfo；struct fb_info这3个数据结构，它们在include/linux/fb.h中声明。第1个结构是用来描述图形卡的特性，通常由用户设置；第2个结构定义了图形卡的硬件特性，是不能改变的，在选定了lcd控制器和显示器后，它的硬件特性也就定下来了；第3个结构定义了当前图形卡帧缓冲设备的独立状态。

2．3 帧缓冲驱动程序的实