Linux下LCD驱动-IMX6ULL

一.Framebuffer设备

        LCD 显示器都是由一个一个的像素点组成，像素点就类似一个灯(在 OLED 显示器中，像素点就是一个小灯)，这个小灯是 RGB 灯，也就是由 R(红色)、G(绿色)和 B(蓝色)这三种颜色组成的，而 RGB 就是光的三原色。1080P 的意思就是一个 LCD 屏幕上的像素数量是1920*1080 个，也就是这个屏幕一列 1080 个像素点，一共 1920 列。

        通过控制 R、G、B 这三种颜色的亮度就可以显示出各种各样的色彩。那该如何控制 R、G、B 这三种颜色的显示亮度呢？一般一个 R、G、B 这三部分分别使用 8bit 的数据，那么一个像素点就是 8bit*3=24bit，也就是说一个像素点3 个字节，这种像素格式称为 RGB888。如果再加入 8bit 的 Alpha(透明)通道的话一个像素点就是 32bit，也就是 4 个字节，这种像素格式称为 ARGB8888。

        如果采用 ARGB8888 格式的话一个像素需要 4 个字节的内存来存放像素数据，那么 1024*600 分辨率就需要 1024*600*4=2457600B≈2.4MB 内存。但是 RGB LCD 内部是没有内存的，所以就需要在开发板上的 DDR3 中分出一段内存作为 RGBLCD 屏幕的显存，我们如果要在屏幕上显示什么图像的话直接操作这部分显存即可。

1.裸机编写LCD驱动

        a.初始化 I.MX6U 的 eLCDIF 控制器，重点是 LCD 屏幕宽(width)、高(height)、hspw、
hbp、hfp、vspw、vbp 和 vfp 等信息。

        b.初始化 LCD 像素时钟。

        c.设置 RGBLCD 显存。

        d.应用程序直接通过操作显存来操作 LCD，实现在 LCD 上显示字符、图片等信息。

2. LInux下的Framebuffer设备

        在 Linux 中应用程序最终也是通过操作 RGB LCD 的显存来实现在 LCD 上显示字符、图片
等信息。在裸机中我们可以随意的分配显存，但是在 Linux 系统中内存的管理很严格，显存是
需要申请的，不是你想用就能用的。而且因为虚拟内存的存在，驱动程序设置的显存和应用程
序访问的显存要是同一片物理内存。

        为了解决上述问题，Framebuffer 诞生了， Framebuffer 翻译过来就是帧缓冲，简称 fb，因
此大家在以后的 Linux 学习中见到“Framebuffer”或者“fb”的话第一反应应该想到 RGBLCD或者显示设备。fb 是一种机制，将系统中所有跟显示有关的硬件以及软件集合起来，虚拟出一个 fb 设备，当我们编写好 LCD 驱动以后会生成一个名为/dev/fbX(X=0~n)的设备，应用程序通过访问/dev/fbX 这个设备就可以访问 LCD。

        在linux系统中，/dev/fb0 就是 LCD 对应的设备文件，/dev/fb0 是个字符设备，fb 的file_operations 操作集定义在 drivers/video/fbdev/core/fbmem.c 文件中，操作集如下所示：

static const struct file_operations fb_fops = {.owner =	THIS_MODULE,.read =		fb_read,.write =	fb_write,.unlocked_ioctl = fb_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT.compat_ioctl = fb_compat_ioctl,
#endif.mmap =		fb_mmap,.open =		fb_open,.release =	fb_release,
#ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA.get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO.fsync =	fb_deferred_io_fsync,
#endif.llseek =	default_llseek,
};

二.LCD驱动

        不同分辨率的 LCD 屏幕其 eLCDIF 控制器驱动代码都是一样的，只需要修改好对应的屏幕参数即可。屏幕参数信息属于屏幕设备信息内容，这些肯定是要放到设备树中的，我们需要在设备树中将屏幕信息修改为我们所使用的屏幕参数。

1.内核驱动

        NXP 官方编写的 Linux 下的 LCD 驱动，打开 imx6ull.dtsi，lcdif节点内容如下所示;

			lcdif: lcdif@021c8000 {compatible = "fsl,imx6ul-lcdif", "fsl,imx28-lcdif";reg = <0x021c8000 0x4000>;interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PIX>,<&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_APB>,<&clks IMX6UL_CLK_DUMMY>;clock-names = "pix", "axi", "disp_axi";status = "disabled";};

        lcdif 节点信息是所有使用 I.MX6ULL 芯片的板子所共有的,是lcd控制器相关的信息，后续需要根据使用LCD屏幕规格参数的不同，在此节点后面续上特定的信息。根据上述lcdif 节点中的信息得到compatible 属性值为“fsl,imx6ul-lcdif”和“fsl,imx28-lcdif”，搜索这两个字符串可以找到内核中LCD的驱动文件，probe函数的内容如下所示,省略部分内容：

static int mxsfb_probe(struct platform_device *pdev)
{const struct of_device_id *of_id =of_match_device(mxsfb_dt_ids, &pdev->dev);struct resource *res;
//host 结构体指针变量，表示 I.MX6ULL 的 LCD 的主控接口，mxsfb_info 结构
//体是 NXP 定义的针对 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备结构体。也就是我们前面一直说的设
//备结构体，此结构体包含了 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备详细信息，比如时钟、eLCDIF
//控制器寄存器基地址、fb_info 等。struct mxsfb_info *host;struct fb_info *fb_info;struct pinctrl *pinctrl;int irq = platform_get_irq(pdev, 0);int gpio, ret;if (of_id)pdev->id_entry = of_id->data;gpio = of_get_named_gpio(pdev->dev.of_node, "enable-gpio", 0);if (gpio == -EPROBE_DEFER)return -EPROBE_DEFER;if (gpio_is_valid(gpio)) {ret = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpio, GPIOF_OUT_INIT_LOW, "lcd_pwr_en");if (ret) {dev_err(&pdev->dev, "faild to request gpio %d, ret = %d\n", gpio, ret);return ret;}}
//从设备树中获取 eLCDIF 接口控制器的寄存器首地址，设备树中 lcdif 节点已
//经设置了 eLCDIF 寄存器首地址为 0X021C8000，因此 res=0X021C8000。res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);if (!res) {dev_err(&pdev->dev, "Cannot get memory IO resource\n");return -ENODEV;}
//给 host 申请内存，host 为 mxsfb_info 类型结构体指针。host = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct mxsfb_info), GFP_KERNEL);if (!host) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate IO resource\n");return -ENOMEM;}
//给 fb_info 申请内存，也就是申请 fb_info。fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct fb_info), &pdev->dev);if (!fb_info) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate fbdev\n");devm_kfree(&pdev->dev, host);return -ENOMEM;}
//设置 host 的 fb_info 成员变量为 fb_info，设置 fb_info 的 par 成员变量为
//host。通过这一步就将前面申请的 host 和 fb_info 联系在了一起。host->fb_info = fb_info;fb_info->par = host;
//申请中断，中断服务函数为 mxsfb_irq_handler。ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, mxsfb_irq_handler, 0,dev_name(&pdev->dev), host);if (ret) {dev_err(&pdev->dev, "request_irq (%d) failed with error %d\n",irq, ret);ret = -ENODEV;goto fb_release;}
//从设备树中获取到的寄存器首地址(res)进行内存映射，得到虚拟地址，并保
//存到 host 的 base 成员变量。因此通过访问 host 的 base 成员即可访问 I.MX6ULL 的整个 eLCDIF
//寄存器。其实在 mxsfb.c 中已经定义了 eLCDIF 各个寄存器相比于基地址的偏移值host->base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);if (IS_ERR(host->base)) {dev_err(&pdev->dev, "ioremap failed\n");ret = PTR_ERR(host->base);goto fb_release;}host->pdev = pdev;platform_set_drvdata(pdev, host);host->devdata = &mxsfb_devdata[pdev->id_entry->driver_data];host->clk_pix = devm_clk_get(&host->pdev->dev, "pix");if (IS_ERR(host->clk_pix)) {host->clk_pix = NULL;ret = PTR_ERR(host->clk_pix);goto fb_release;}//........host->reg_lcd = devm_regulator_get(&pdev->dev, "lcd");if (IS_ERR(host->reg_lcd))host->reg_lcd = NULL;
//给 fb_info 中的 pseudo_palette申请内存。fb_info->pseudo_palette = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(u32) * 16,GFP_KERNEL);if (!fb_info->pseudo_palette) {ret = -ENOMEM;goto fb_release;}INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);pm_runtime_enable(&host->pdev->dev);
//调用 mxsfb_init_fbinfo 函数初始化 fb_info，重点是 fb_info 的 var、 fix、 fbops，
//screen_base 和 screen_size。其中 fbops 是 Framebuffer 设备的操作集
//mxsfb_init_fbinfo 函数通过
//调用 mxsfb_init_fbinfo_dt 函数从设备树中获取到 LCD 的各个参数信息。
//最后mxsfb_init_fbinfo函数会调用 mxsfb_map_videomem 函数申请 LCD 的帧缓冲内存(也就是县存)。ret = mxsfb_init_fbinfo(host);if (ret != 0)goto fb_pm_runtime_disable;mxsfb_dispdrv_init(pdev, fb_info);if (!host->dispdrv) {pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev);if (IS_ERR(pinctrl)) {ret = PTR_ERR(pinctrl);goto fb_pm_runtime_disable;}}if (!host->enabled) {writel(0, host->base + LCDC_CTRL);mxsfb_set_par(fb_info);mxsfb_enable_controller(fb_info);pm_runtime_get_sync(&host->pdev->dev);}
//向 Linux 内核注册 fb_inforet = register_framebuffer(fb_info);if (ret != 0) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to register framebuffer\n");goto fb_destroy;}console_lock();ret = fb_blank(fb_info, FB_BLANK_UNBLANK);console_unlock();if (ret < 0) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to unblank framebuffer\n");goto fb_unregister;}dev_info(&pdev->dev, "initialized\n");return 0;//................return ret;
}

        根据上述probe函数中的信息可以得到，Linux 内核将所有的 Framebuffer 抽象为一个叫做 fb_info 的结构体， fb_info 结构体包含了 Framebuffer 设备的完整属性和操作集合，因此每一个 Framebuffer 设备都必须有一个 fb_info。LCD 的驱动就是构建 fb_info，并且向系统注册 fb_info
的过程。fb_info结构体的内容如下所示：

struct fb_info {atomic_t count;int node;int flags;struct mutex lock;		/* 互斥锁 */struct mutex mm_lock;		/* 互斥锁，用于 fb_mmap 和 smem_*域*/struct fb_var_screeninfo var;	/* 当前可变参数 */struct fb_fix_screeninfo fix;	/* 当前固定参数 */struct fb_monspecs monspecs;	/* 当前显示器特性 */struct work_struct queue;	/* 帧缓冲事件队列 */struct fb_pixmap pixmap;	/* 图像硬件映射 */struct fb_pixmap sprite;	/* 光标硬件映射 */struct fb_cmap cmap;		/* 当前调色板 */struct list_head modelist;      /* 当前模式列表 */struct fb_videomode *mode;	/* 当前视频模式 */#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT  /* 如果 LCD 支持背光的话 *//* assigned backlight device *//* set before framebuffer registration, remove after unregister */struct backlight_device *bl_dev; /* 背光设备 *//* Backlight level curve */struct mutex bl_curve_mutex;	u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif.........struct fb_ops *fbops;/* 帧缓冲操作函数集 */struct device *device;		/* 父设备 */struct device *dev;		/* 当前 fb 设备 */int class_flag;                  /* 私有 sysfs 标志 */.........char __iomem *screen_base;	/* 虚拟内存基地址(屏幕显存) */unsigned long screen_size;	/* 虚拟内存大小(屏幕显存大小) */void *pseudo_palette;		/* 伪 16 位调色板 */..........
};

2.LCD驱动修改

        LCD 驱动部分芯片厂家提供的内核中已有不需要去修改。我们需要做的就是按照所使用的 LCD 屏幕规格来修改设备树。主要有三个地方需要注意：
①LCD 所使用的 IO 配置。
②LCD 屏幕节点修改，修改相应的属性值，换成我们所使用的 LCD 屏幕参数。
③LCD 背光节点信息修改，要根据实际所使用的背光 IO 来修改相应的设备节点信息。

        a.LCD 屏幕 IO 配置

        设备树中 LCD 所使用的 IO 配置在文件imx6ull-alientek-emmc.dts中，iomuxc节点中相关的配置有：

//子节点 pinctrl_lcdif_dat，为 RGB LCD 的 24 根数据线配置项。pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA02__LCDIF_DATA02  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA03__LCDIF_DATA03  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA04__LCDIF_DATA04  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA05__LCDIF_DATA05  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA06__LCDIF_DATA06  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA07__LCDIF_DATA07  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA08__LCDIF_DATA08  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA09__LCDIF_DATA09  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA10__LCDIF_DATA10  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA11__LCDIF_DATA11  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA12__LCDIF_DATA12  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA13__LCDIF_DATA13  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA14__LCDIF_DATA14  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA15__LCDIF_DATA15  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA16__LCDIF_DATA16  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA17__LCDIF_DATA17  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA18__LCDIF_DATA18  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA19__LCDIF_DATA19  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA20__LCDIF_DATA20  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA21__LCDIF_DATA21  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA22__LCDIF_DATA22  0x49MX6UL_PAD_LCD_DATA23__LCDIF_DATA23  0x49>;};
//子节点 pinctrl_lcdif_ctrl，RGB LCD 的 4 根控制线配置项，包括 CLK、ENABLE、VSYNC 和 HSYNC。pinctrl_lcdif_ctrl: lcdifctrlgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_LCD_CLK__LCDIF_CLK	    0x49MX6UL_PAD_LCD_ENABLE__LCDIF_ENABLE  0x49MX6UL_PAD_LCD_HSYNC__LCDIF_HSYNC    0x49MX6UL_PAD_LCD_VSYNC__LCDIF_VSYNC    0x49>;};

        b.LCD 屏幕参数节点信息修改

        在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到 lcdif 节点，节点内容如下所示：

&lcdif {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat    //使用到的io&pinctrl_lcdif_ctrl>;display = <&display0>;status = "okay";display0: display {    /* LCD 属性信息 */bits-per-pixel = <24>;    /* 一个像素占用 24bit */bus-width = <24>;    /* 总线宽度 */display-timings {native-mode = <&timing0>;    /* 时序信息 */timing0: timing0 {clock-frequency = <51200000>;    /* LCD 像素时钟，单位 Hz */hactive = <1024>;    /* LCD X 轴像素个数 */vactive = <600>;    /* LCD Y 轴像素个数 */hfront-porch = <160>;    /* LCD hfp 参数 */hback-porch = <140>;    /* LCD hbp 参数 */hsync-len = <20>;    /* LCD hspw 参数 */vback-porch = <20>;    /* LCD vbp 参数 */vfront-porch = <12>;    /* LCD vfp 参数 */vsync-len = <3>;    /* LCD vspw 参数 */hsync-active = <0>;    /* hsync 数据线极性 */vsync-active = <0>;    /* vsync 数据线极性 */de-active = <1>;    /* de 数据线极性 *//* rgb to hdmi: pixelclk-ative should be set to 1 */pixelclk-active = <0>;    /* clk 数据线先极性 */};};};
};

        c.LCD 屏幕背光节点信息

        LCD 接口背光控制 IO 连接到了 I.MX6U 的 GPIO1_IO08 引脚上， GPIO1_IO08复用为 PWM1_OUT，通过 PWM 信号来控制 LCD 屏幕背光的亮度。GPIO1_IO08 这个 IO 的配置，在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中可以找到：

		pinctrl_pwm1: pwm1grp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__PWM1_OUT   0x110b0>;};

        LCD 背光要用到 PWM1，因此也要设置 PWM1 节点，在 imx6ull.dtsi 文件中找到如下内
容：       

			pwm1: pwm@02080000 {compatible = "fsl,imx6ul-pwm", "fsl,imx27-pwm";reg = <0x02080000 0x4000>;interrupts = <GIC_SPI 83 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM1>,<&clks IMX6UL_CLK_PWM1>;clock-names = "ipg", "per";#pwm-cells = <2>;};

        在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到向 pwm1追加的内容，设置 pwm1 所使用的 IO 为 pinctrl_pwm1（GPIO1_IO08），如下所示：

&pwm1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm1>;status = "okay";
};

        还需要一个节点来将 LCD 背光和 PWM1_OUT连 接 起 来 。 这 个 节 点 就 是 backlight：

	backlight {compatible = "pwm-backlight";pwms = <&pwm1 0 5000000>;    //描述背光所使用的 PWM 以及 PWM 频率brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;default-brightness-level = <6>;status = "okay";};