SPI TFT全彩屏幕驱动开发及调试
简介
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛使用的串行通信协议，常用于微控制器（MCU）与外围设备（如传感器、显示屏、存储器等）之间的通信。SPI具有全双工传输、主从结构和较高的传输速率，因此在嵌入式系统中得到广泛应用。
本篇文章将介绍如何通过Xilinx MPSoC（多处理系统芯片）平台，通过PL（可编程逻辑）端挂载SPI全彩TFT屏幕并在PS（处理系统）端进行驱动。我们将依次讲解如何通过Vivado进行FPGA搭建、裸机程序调试、以及Linux系统下TFT屏幕的驱动开发。
第一部分：FPGA搭建
使用Vivado进行FPGA设计
Vivado是Xilinx公司提供的集成开发环境（IDE），用于设计和调试FPGA系统。首先，我们需要在Vivado中搭建SPI接口，并配置GPIO进行TFT显示屏的控制。
- 创建新的Vivado项目并选择适合的Xilinx MPSoC开发板（如ZCU102等）。
- 在Vivado中添加SPI接口模块，选择合适的SPI协议设置（如模式0等）。
- 使用GPIO控制TFT屏幕的信号线，如背光控制、数据/命令选择等。
- 配置SPI接口和GPIO模块的连接，并生成XSA（Xilinx System Archive）文件。
- XSA文件包含了FPGA设计的位流、硬件描述信息等，接下来可以在Vitis中加载此文件进行裸机程序开发。
生成XSA文件
- 配置好硬件设计后，生成位流文件，并将其导出为XSA文件，准备在Vitis中使用。
第二部分：裸机程序开发与调试
Vitis开发环境配置
- 在Vitis中创建一个新的应用程序项目，并选择“XSA文件”作为硬件平台。
- 根据屏幕的硬件说明文档，编写初始化SPI接口的程序，并通过GPIO控制TFT屏幕的信号（如复位、背光等）。
- 在裸机程序中实现SPI总线的初始化，配置SPI时钟、数据传输方式等。
- 接下来，我们需要进行屏幕初始化操作，这可能包括设置分辨率、颜色格式（例如RGB565格式）和其他显示参数。
裸机程序调试
- 编写简单的图像输出测试程序，例如输出红色、绿色和蓝色的全屏显示，以验证屏幕连接是否正确。
- 调试过程中，确保SPI传输的时序正确，GPIO控制信号无误。
- 完成调试后，能够通过裸机程序控制SPI屏幕显示全色彩图像，即可证明硬件和软件环境搭建完成。
- 测试效果图：
第三部分：Linux系统下的驱动开发
PetaLinux环境搭建
- PetaLinux是Xilinx提供的Linux开发环境，用于在FPGA和嵌入式系统中运行Linux操作系统。
- 使用PetaLinux创建Linux系统，选择适合的硬件平台，并在系统中添加SPI和GPIO的支持。
Linux内核驱动编写
- TFT屏幕的显示通常使用DRM（Direct Rendering Manager）框架。我们需要为TFT屏幕编写一个DRM驱动程序，使得系统能够识别并控制显示屏。
- 在Linux内核中，编写TFT屏幕的初始化代码和显卡驱动，使其能够识别为一个显示设备。
- 由于屏幕采用RGB565格式（16位），我们需要在驱动程序中配置图像输出格式，并确保图像数据与屏幕的色彩格式兼容。
生成DRM显卡
- 在内核中编写完驱动程序后，生成DRM显卡，并进行/dev/fbX设备的测试。
- 通过命令行测试，使用以下命令将RGB图像数据输出到TFT屏幕：cat image.rgb > /dev/fbX
调试图如下：
调试与优化
- 如果图像输出不正常，检查驱动程序中的时序、颜色格式和内存管理等部分。
- 使用调试工具（如dmesg）检查内核日志，确保没有硬件或驱动相关的错误。
- 对内核驱动程序进行优化，确保在Linux环境下能够稳定运行。
总结
通过Xilinx MPSoC平台搭建SPI接口与TFT全彩屏幕的驱动系统，需要在硬件设计、裸机程序、以及Linux系统驱动之间进行协作。通过Vivado设计SPI接口和GPIO控制，并通过Vitis进行裸机调试，确保硬件连接无误。最终，通过PetaLinux环境和DRM框架开发Linux内核驱动，使得系统能够通过/dev/fbX进行显示输出。