基于ARM9核的S3C2410芯片和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)色板顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)的更新率正比于畫(huà)面的像素?cái)?shù)和色彩深度的乘積。在嵌入式Linux系統(tǒng)中，受處理器資源配置和運(yùn)算能力的制約，當(dāng)使用大分辨率顯示時(shí)（如在一些屏幕尺寸較大的終端上，往往需要640×480以上），需要降低顯示的色彩深度。否則，由于數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)過(guò)重會(huì)造成畫(huà)面的抖動(dòng)和不連貫。這時(shí)，調(diào)色板技術(shù)將發(fā)揮重要作用。ARM9內(nèi)核的S3C2410在國(guó)內(nèi)的嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，芯片中帶有LCD控制器，可支持多種分辨率、多種顏色深度的LCD顯示輸出。在此，將S3C2410的調(diào)色板技術(shù)，以及嵌入式Linux系統(tǒng)下調(diào)色板顯示的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析。

1 S3C2410調(diào)色板技術(shù)概述

1．1 調(diào)色板的概念

在計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)中，一個(gè)像素的顏色是由它的R，G，B分量表示的，每個(gè)分量又經(jīng)過(guò)量化，一個(gè)像素總的量化級(jí)數(shù)就是這個(gè)顯示系統(tǒng)的顏色深度。量化級(jí)數(shù)越高，可以表示的顏色也就越多，最終的圖像也就越逼真。當(dāng)量化級(jí)數(shù)達(dá)到16位以上時(shí)，被稱為真彩色。但是，量化級(jí)數(shù)越高，就需要越高的數(shù)據(jù)寬度，給處理器帶來(lái)的負(fù)擔(dān)也就越重；量化級(jí)數(shù)在8位以下時(shí)，所能表達(dá)的顏色又太少，不能夠滿足用戶特定的需求。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取調(diào)色板技術(shù)。所謂調(diào)色板，就是在低顏色深度的模式下，在有限的像素值與RGB顏色之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系的一個(gè)線性表。比如說(shuō)，從所有的16位彩色中抽取一定數(shù)量的顏色，編制索引。當(dāng)需要使用某種彩色時(shí)，不需要對(duì)這種顏色的RGB分量進(jìn)行描述，只需要引用它的索引號(hào)，就可以使用戶選取自己需要的顏色。索引號(hào)的編碼長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RGB分量的編碼長(zhǎng)度，因此在彩色顯示的同時(shí)，也大大減輕了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

以256色調(diào)色板為例，調(diào)色板中存儲(chǔ)256種顏色的RGB值，每種顏色的RGB值是16位。用這256種顏色編制索引時(shí)，從OOH～FFH只需要8位數(shù)據(jù)寬度，而每個(gè)索引所對(duì)應(yīng)的顏色卻是16位寬度的顏色信息。在一些對(duì)色彩種類要求不高的場(chǎng)合，如儀表終端、信息終端等，調(diào)色板技術(shù)便巧妙地解決了數(shù)據(jù)寬度與顏色深度之間的矛盾。

1．2 S3C2410中的調(diào)色板

ARM9核的S3C2410芯片可通過(guò)內(nèi)置的LCD控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD顯示的控制。以TFT LCD為例，S3C2410芯片的LCD控制器可以對(duì)TFT LCD提供1位、2位、4位、8位調(diào)色板彩色顯示和16位、24位真彩色顯示，并支持多種不同的屏幕尺寸。

S3C2410的調(diào)色板其實(shí)是256個(gè)16位的存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元中存儲(chǔ)有16位的顏色值。根據(jù)16位顏色數(shù)據(jù)中，RGB分量所占位數(shù)的不同，調(diào)色板還可以采取5：6：5（R：G：B）和5：5：5：1（R：G：B：1）兩種格式。當(dāng)采用5：6：5（R：G：B）格式時(shí)，它的調(diào)色板如表1所示。

表1中，第一列為顏色索引，中間三列是R，G，B三個(gè)顏色分量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位，分別是5位、6位和5位，最后一列是對(duì)應(yīng)顏色條目的物理地址。當(dāng)采用5：5：5：1（R：G：B：1）格式時(shí)，R，G，B三個(gè)顏色分量的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度都是5位，最低位為1。

用戶編程時(shí)，應(yīng)首先對(duì)調(diào)色板進(jìn)行初始化處理（可由操作系統(tǒng)提供的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成），賦予256色調(diào)色板相應(yīng)的顏色值；在進(jìn)行圖像編程時(shí)，可以將圖像對(duì)象賦予所需的顏色索引值。程序運(yùn)行時(shí)，由芯片的LCD控制器查找調(diào)色板，按相應(yīng)的值進(jìn)行輸出。S3C2410芯片圖像數(shù)據(jù)輸出端口VD［23：O］有24位，當(dāng)使用不同的色彩深度時(shí)，這24位數(shù)據(jù)可以表示一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的顏色信息。

1．3 調(diào)色板顏色的選擇

調(diào)色板中顏色的選擇可以由用戶任意定義，但為了編程方便，顏色的選取應(yīng)遵循一定的規(guī)律。例如在Windows編程中，系統(tǒng)保留了20種顏色。另外，在Web編程中，也定義了216種Web安全色，這些顏色可以盡量保留。2S3C2410調(diào)色板在嵌入式Linux系統(tǒng)下的使用ARM實(shí)現(xiàn)圖像顯示時(shí)，由LCD控制器將存儲(chǔ)系統(tǒng)中的視頻緩沖內(nèi)容以及各種控制信號(hào)傳送到外部LCD驅(qū)動(dòng)器，然后由LCD驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的顯示。實(shí)際應(yīng)用中，常通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)對(duì)寄存器、調(diào)色板進(jìn)行配置。以Linux 2．4內(nèi)核為例，對(duì)調(diào)色板的配置是在驅(qū)動(dòng)程序S3C2410fb．c中完成的。

在一些公司Linux源碼包的S3C2410fb．c文件中，并沒(méi)有對(duì)調(diào)色板進(jìn)行配置，因此在8位以下的顯示設(shè)置下。LCD不能正常工作。若需要使用調(diào)色板，必須對(duì)此文件進(jìn)行修改。

2．1 驅(qū)動(dòng)程序的修改

查S3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè)，調(diào)色板的物理起始地址為0x4d000400，應(yīng)先將調(diào)色板的物理地址映射到內(nèi)核中的虛擬地址，然后對(duì)其進(jìn)行賦值。具體步驟如下：

（1）在S3C2410．h文件中添加：

#define MYPAL（Nb）__REG（Ox4d000400+（Nb）*4）

其作用是實(shí)現(xiàn)物理地址到虛擬地址的映射。

（2）在S3C24lOfb．h文件，通過(guò)下列語(yǔ)句定義256種顏色。

static const u_short my_color［256］={0x0000，0x8000，…}：

數(shù)組中的每個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)表示一種顏色，RGB分量采用的是5：6：5格式。

（3）在S3C2410fb．c文件的S3C2410fb-activate_var（…）函數(shù)中，通過(guò)下列語(yǔ)句對(duì)這256個(gè)調(diào)色板進(jìn)行賦值。

（4）另外，注意改變LCD控制寄存器LCDCON1的BPPMODE值，設(shè)定為需要的顏色深度。

（5）重新編譯內(nèi)核，燒寫(xiě)內(nèi)核。

2．2 應(yīng)用程序的編寫(xiě)

當(dāng)S3C2410用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)時(shí)，其圖形功能一般是依靠幀緩存（Frame buffer）實(shí)現(xiàn)的。屏幕上的每個(gè)點(diǎn)都被映射成一段線性內(nèi)存空間，通過(guò)應(yīng)用程序改變這段內(nèi)存的值，就可以改變屏幕的顏色。當(dāng)色深在16位以上時(shí)，用戶直接指定顏色的RGB分量；當(dāng)色深在8位以下時(shí)，用戶應(yīng)當(dāng)指定顏色在調(diào)色板中的索引值。

當(dāng)使用MiniGUI等嵌入式圖形系統(tǒng)時(shí)，只需要將界面元素的顏色值設(shè)為所需顏色的索引值即可。例如：

WinElementColors［ i］=142；

就是將WinElementColors［ i］的顏色設(shè)置為索引號(hào)為142的調(diào)色板顏色。

3 結(jié)語(yǔ)

在筆者開(kāi)發(fā)的某型指揮車(chē)仿真終端中，其顯示分辨率設(shè)置為640×480。如果色深設(shè)置為16 b／p，在系統(tǒng)使用時(shí)，畫(huà)面將會(huì)出現(xiàn)明顯的抖動(dòng)、不連貫，這是由于芯片的運(yùn)算負(fù)荷過(guò)重造成的。如果按本文中提到的方法對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)加以修改，采用8位色深顯示，顏色的選取可以滿足需要，畫(huà)面的顯示將明顯穩(wěn)定。這說(shuō)明，在顯示分辨率較高，色彩種類要求比較簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用中，調(diào)色板技術(shù)是一個(gè)非常值得重視的選擇。

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