全志V3S嵌入式驱动开发（lcd屏幕驱动）
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对于一些设备，人们是希望从屏幕上面获取结果信息的，这样也显得更直观一些。另外，也有一些设备，它本身是需要客户和它不停交互，去一起完成某个功能的，这个时候，我们就要引入电容屏或者电阻屏了。那么，对于v3s来说，如果需要完成lcd屏幕的驱动和显示，需要完成哪些工作呢，这部分今天大家可以一起讨论下。
1、重新编译uboot
重新编译uboot代码，这部分是最容易被忽视的。驱动之前的几种设备时，大家选用的配置文件一般是LicheePi_Zero_defconfig。但是，如今我们需要驱动lcd屏幕，以480*272的分辨率为例，就要使用LicheePi_Zero_480x272LCD_defconfig这个文件。
make ARCH=arm LicheePi_Zero_480x272LCD_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-编译完成之后，直接在ubuntu虚拟机里面把u-boot-sunxi-with-spl.bin烧入到sd卡即可，
sudo dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=/dev/sdb bs=1024 seek=82、配置dts文件
这里说的dts文件是指linux的dts文件，不是uboot的dts文件。kernel本身还是4.14.y这个版本。在配置之前，前期因为测试各个驱动所作的修改，最好恢复到和以前一样，然后接下来有两个地方需要重新配置下，一个是sun8i-v3s-licheepi-zero-with-lcd.dtsi这个文件，
/*
* Copyright (C) 2018 Icenowy Zheng
*
* SPDX-License-Identifier: (GPL-2.0+ OR X11)
*/
#include "sun8i-v3s-licheepi-zero.dts"
/ {
/* backlight: backlight {
compatible = "pwm-backlight";
pwms = <&pwm 0 1000000 0>;
brightness-levels = <0 30 40 50 60 70 100>;
default-brightness-level = <6>;
};*/
panel: panel {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
port@0 {
reg = <0>;
/* backlight = <&backlight>;*/
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
panel_input: endpoint@0 {
reg = <0>;
remote-endpoint = <&tcon0_out_lcd>;
};
};
};
};
&de {
status = "okay";
};
/*&pwm {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pwm0_pins>;
status = "okay";
};*/
&tcon0 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&lcd_rgb666_pins_a>;
status = "okay";
};
&tcon0_out {
tcon0_out_lcd: endpoint@0 {
reg = <0>;
remote-endpoint = <&panel_input>;
};
};
/delete-node/ &simplefb_lcd;
另外一个就是sun8i-v3s.dtsi文件，这里修改成60M，主要是为了6分频成10M，保持和uboot中的lcd频率一致，
assigned-clock-rates = <60000000>;经过了这两处修改之后，重新编译生成dtb文件，
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-编译完成之后，需要注意的是，这次sd卡里面烧入的应该是sun8i-v3s-licheepi-zero-with-480x272-lcd.dtb文件，而不应该是之前的sun8i-v3s-licheepi-zero-dock.dtb。
3、点亮屏幕
修改了uboot代码，重新烧录了dtb文件，但其实这个时候lcd屏幕依然还没有办法点亮，我们可以看一下电路图，
这幅图是lcd的原理图。整个信号分成三个部分，第一部分VLED-、VLED+，这个主要是点亮屏幕的背光灯使用的。第二部分D2-D23、CLK、HSYNC、VSYNC、DE，这些都是真正的数据传输信号，其中D2-D23一般就是R、G、B信号。第三部分TP信号，这四个主要是处理触摸屏的，后续遇到了再分析。
前面我们说过目前为止LCD还没有点亮，说的其实就是VLED-、VLED+还没有信号驱动，它的信号来自于芯片PT4103，
这个芯片的开关就在EN这个地方，而EN又是友PB2来控制的。之前的文章我们也说过，这个PA、PB...都可以看成是gpio端口，只需要设置对应的通道、方向和数值就可以了，像这样，
echo 34 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio34/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio34/value
为什么是34，我们讲过，从PA开始，channel = 32 * x + y，其中PB代表x=1，而PB2中的2，则代表y，所以通道是32 * 1 + 2= 34。经过上面的direction和value配置后，屏幕就会被点亮，虽然可能什么内容也没有显示。
4、验证驱动是否加载
验证lcd驱动是否可以正常运行，可以先查看是否有/dev/fb0这样一个设备节点，如果有，且linux kernel启动正常，一般就代表驱动ok了，没有问题了。如果还不放心，可以输入这个命令，
cat /dev/urandom > /dev/fb0执行过程中，如果遇到这样的输出错误打印，可以忽略，因为这是完全正常的，
# cat /dev/urandom > /dev/fb0
cat: write error: No space left on device
我们再看一眼屏幕，这个时候大概率就可以看到这样的效果了，主要就是一些噪声点显示，
5、自己编写程序验证
除了用随机点验证之外，我们还可以自己编写程序，直接控制/dev/fb0。下面这些程序都是从网上借鉴而来，主要为了学习使用，再次一并表示感谢。代码中为了适应480*272的lcd屏幕，部分代码做了修改。
5.1 读取屏幕驱动参数
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main () {
int fp=0;
struct fb_var_screeninfo vinfo;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
fp = open ("/dev/fb0",O_RDWR);
if (fp < 0){
printf("Error : Can not open framebuffer device/n");
exit(1);
}
if (ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)){
printf("Error reading fixed information/n");
exit(2);
}
if (ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)){
printf("Error reading variable information/n");
exit(3);
}
printf("The mem is :%d\n",finfo.smem_len);
printf("The line_length is :%d\n",finfo.line_length);
printf("The xres is :%d\n",vinfo.xres);
printf("The yres is :%d\n",vinfo.yres);
printf("bits_per_pixel is :%d\n",vinfo.bits_per_pixel);
close (fp);
} 这个程序比较简单，就是读取了缓存大小、每一行字节数、x宽度、y宽度和每一个像素字节序信息。
5.2 在/dev/fb0上面绘制一个点
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main () {
int fp=0;
struct fb_var_screeninfo vinfo;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
long screensize=0;
char *fbp = 0;
int x = 0, y = 0;
long location = 0;
fp = open ("/dev/fb0",O_RDWR);
if (fp < 0){
printf("Error : Can not open framebuffer device/n");
exit(1);
}
if (ioctl(fp,FBIOGET_FSCREENINFO,&finfo)){
printf("Error reading fixed information/n");
exit(2);
}
if (ioctl(fp,FBIOGET_VSCREENINFO,&vinfo)){
printf("Error reading variable information/n");
exit(3);
}
screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;
fbp =(char *) mmap (0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fp,0);
if ((int) fbp == -1){
printf ("Error: failed to map framebuffer device to memory./n");
exit (4);
}
x = 100;
y = 100;
location = x * (vinfo.bits_per_pixel / 8) + y * finfo.line_length;
*(fbp + location) = 100;
*(fbp + location + 1) = 15;
*(fbp + location + 2) = 200;
*(fbp + location + 3) = 0;
munmap (fbp, screensize);
close (fp);
return 0;
} 将程序编译后，上传到sd卡运行后，就会看到这样的一个斑点，还是比较好找的，
5.3 显示图片
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//14byte文件头
typedef struct
{
char cfType[2];//文件类型，"BM"(0x4D42)
int cfSize;//文件大小（字节）
int cfReserved;//保留，值为0
int cfoffBits;//数据区相对于文件头的偏移量（字节）
}__attribute__((packed)) BITMAPFILEHEADER;
//__attribute__((packed))的作用是告诉编译器取消结构在编译过程中的优化对齐
//40byte信息头
typedef struct
{
char ciSize[4];//BITMAPFILEHEADER所占的字节数
int ciWidth;//宽度
int ciHeight;//高度
char ciPlanes[2];//目标设备的位平面数，值为1
int ciBitCount;//每个像素的位数
char ciCompress[4];//压缩说明
char ciSizeImage[4];//用字节表示的图像大小，该数据必须是4的倍数
char ciXPelsPerMeter[4];//目标设备的水平像素数/米
char ciYPelsPerMeter[4];//目标设备的垂直像素数/米
char ciClrUsed[4]; //位图使用调色板的颜色数
char ciClrImportant[4]; //指定重要的颜色数，当该域的值等于颜色数时（或者等于0时），表示所有颜色都一样重要
}__attribute__((packed)) BITMAPINFOHEADER;
typedef struct
{
unsigned char blue;
unsigned char green;
unsigned char red;
unsigned char reserved;
}__attribute__((packed)) PIXEL;//颜色模式RGB
BITMAPFILEHEADER FileHead;
BITMAPINFOHEADER InfoHead;
static char *fbp = 0;
static int xres = 0;
static int yres = 0;
static int bits_per_pixel = 0;
int width, height;
int show_bmp();
int fbfd = 0;
static void fb_update(struct fb_var_screeninfo *vi) //将要渲染的图形缓冲区的内容绘制到设备显示屏来
{
vi->yoffset = 1;
ioctl(fbfd, FBIOPUT_VSCREENINFO, vi);
vi->yoffset = 0;
ioctl(fbfd, FBIOPUT_VSCREENINFO, vi);
}
static int cursor_bitmap_format_convert(char *dst,char *src)
{
int i ,j ;
char *psrc = src ;
char *pdst = dst;
char *p = psrc;
/* 由于bmp存储是从后面往前面，所以需要倒序进行转换 */
pdst += (width * height * 4);
for(i=0;i malloc bmp out of memory!\n");
return -1;
}
/* 再移位到文件头部 */
fseek(fp,0,SEEK_SET);
rc = fread(&FileHead, sizeof(BITMAPFILEHEADER),1, fp);
if ( rc != 1)
{
printf("read header error!\n");
fclose( fp );
return( -2 );
}
//检测是否是bmp图像
if (memcmp(FileHead.cfType, "BM", 2) != 0)
{
printf("it's not a BMP file\n");
fclose( fp );
return( -3 );
}
rc = fread( (char *)&InfoHead, sizeof(BITMAPINFOHEADER),1, fp );
if ( rc != 1)
{
printf("read infoheader error!\n");
fclose( fp );
return( -4 );
}
width = InfoHead.ciWidth;
height = InfoHead.ciHeight;
printf("FileHead.cfSize =%d byte\n",FileHead.cfSize);
printf("flen = %d\n", flen);
printf("width = %d, height = %d\n", width, height);
total_length = width * height *3;
printf("total_length = %d\n", total_length);
//跳转的数据区
fseek(fp, FileHead.cfoffBits, SEEK_SET);
printf(" FileHead.cfoffBits = %d\n", FileHead.cfoffBits);
printf(" InfoHead.ciBitCount = %d\n", InfoHead.ciBitCount);
//每行字节数
buf = bmp_buf;
while ((ret = fread(buf,1,total_length,fp)) >= 0) {
if (ret == 0) {
usleep(100);
continue;
}
printf("ret = %d\n", ret);
buf = ((char*) buf) + ret;
total_length = total_length - ret;
if(total_length == 0)
break;
}
///重新计算，很重要！！
total_length = width * height *4;
bmp_buf_dst = (char*)calloc(1,total_length );
if(bmp_buf_dst == NULL){
printf("load > malloc bmp out of memory!\n");
return -1;
}
cursor_bitmap_format_convert(bmp_buf_dst, bmp_buf);
memcpy(fbp,bmp_buf_dst,total_length);
free(bmp_buf);
free(bmp_buf_dst);
fclose(fp);
printf("show logo return 0\n");
return 0;
}
int show_picture(int fd, char *path)
{
struct fb_var_screeninfo vinfo;
struct fb_fix_screeninfo finfo;
long int screensize = 0;
struct fb_bitfield red;
struct fb_bitfield green;
struct fb_bitfield blue;
//打开显示设备
fbfd = fd; //open("/dev/graphics/fb0", O_RDWR);
printf("fbfd = %d\n", fbfd);
if (fbfd == -1)
{
//printf("Error opening frame buffer errno=%d (%s)\n",errno, strerror(errno));
return -1;
}
if (ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo))
{
//printf("Error：reading fixed information.\n");
return -1;
}
if (ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo))
{
//printf("Error: reading variable information.\n");
return -1;
}
//printf("R:%x ;G:%d ;B:%d \n", (int)vinfo.red, vinfo.green, vinfo.blue );
//printf("%dx%d, %dbpp\n", vinfo.xres, vinfo.yres, vinfo.bits_per_pixel );
xres = vinfo.xres;
yres = vinfo.yres;
bits_per_pixel = vinfo.bits_per_pixel;
//计算屏幕的总大小（字节）
screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8;
printf("screensize=%ld byte\n",screensize);
//对象映射
fbp = (char *)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fbfd, 0);
if (fbp == (char *)-1)
{
printf("Error: failed to map framebuffer device to memory.\n");
return -1;
}
printf("sizeof file header=%ld\n", sizeof(BITMAPFILEHEADER));
//显示图像
show_bmp(path);
///在屏幕上显示多久
sleep(100);
fb_update(&vinfo);
//删除对象映射
munmap(fbp, screensize);
return 0;
}
int main()
{
int fbfd = 0;
fbfd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
if (!fbfd)
{
printf("Error: cannot open framebuffer device.\n");
exit(1);
}
show_picture(fbfd, "./girl.bmp");
close(fbfd);
} 代码部分有点长，大家可以先copy下来慢慢看。原作者的代码其实是有点问题的，主要体现在，bmp这幅图片上面一个像素是3个字节来表示的，但是lcd屏幕显示的时候，是四个字节。这四个字节当中，前三个字节是一样的，关键这第四个字节透明度，也需要补充上，不然的话，lcd屏幕本身是没有办法正常显示的。
因为没有找到符合480*272要求的girl.bmp，这里只能用一朵荷花代替了，大家多多包含以下。
6、题外话
看过VGA和LCD通讯协议的同学应该都知道，屏幕中的图像，是需要定时刷新才有专业的效果，这中间就包括了数据刷新、行同步、场同步，此外频率越高，分辨率越高，耗电也越大，这都是显而易见的。使用者只需要把数据写到ddr buffer里面，刷新的事情，其实都是gpu或者ip驱动后台帮助我们默默完成的。