【i.MX6ULL】驅動開發(fā)11——LCD驅動實踐

之前在Linux系統(tǒng)移植時提到過LCD驅動，本篇來看下Linux設備樹如何配置LCD驅動。

1 知識點

首先需要了解一個新的概念：Framebuffer

1.1 Framebuffer

Framebuffer直譯即幀緩沖，簡稱 fb，它是Linux將系統(tǒng)中所有跟顯示有關的硬件以及軟件集合起來，將底層的LCD虛擬抽象出一 個/dev/fbX設備，應用程序可以通過操作/dev/fbX來實現(xiàn)對屏幕的顯示控制。

NXP官方Linux內核已默認開啟了LCD驅動，在dev/目錄下可以看到fb0這樣一個設備

Framebuffer在內核中的表現(xiàn)就是fb_info結構體：

完整的結構體定義如下：

struct fb_info {
	atomic_t count;
	int node;
	int flags;
	struct mutex lock;		/* Lock for open/release/ioctl funcs */
	struct mutex mm_lock;		/* Lock for fb_mmap and smem_* fields */
	struct fb_var_screeninfo var;	/* 當前的可變參數(shù) */
	struct fb_fix_screeninfo fix;	/* 當前的固定參數(shù) */
	struct fb_monspecs monspecs;	/* Current Monitor specs */
	struct work_struct queue;	/* Framebuffer event queue */
	struct fb_pixmap pixmap;	/* Image hardware mapper */
	struct fb_pixmap sprite;	/* Cursor hardware mapper */
	struct fb_cmap cmap;		/* Current cmap */
	struct list_head modelist;      /* mode list */
	struct fb_videomode *mode;	/* current mode */

#ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT
	/* assigned backlight device */
	/* set before framebuffer registration, 
	   remove after unregister */
	struct backlight_device *bl_dev;

	/* Backlight level curve */
	struct mutex bl_curve_mutex;	
	u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
	struct delayed_work deferred_work;
	struct fb_deferred_io *fbdefio;
#endif

	struct fb_ops *fbops;       /* 幀緩沖操作函數(shù)集 */
	struct device *device;		/* This is the parent */
	struct device *dev;		    /* This is this fb device */
	int class_flag;             /* private sysfs flags */
#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTING
	struct fb_tile_ops *tileops;    /* Tile Blitting */
#endif
	char __iomem *screen_base;	    /* 虛擬內存基地址(屏幕顯存) */
	unsigned long screen_size;	    /* 虛擬內存大小(屏幕顯存大小) */ 
	void *pseudo_palette;		    /* 偽16位調色板 */ 
#define FBINFO_STATE_RUNNING	0
#define FBINFO_STATE_SUSPENDED	1
	u32 state;			            /* Hardware state i.e suspend */
	void *fbcon_par;                /* fbcon use-only private area */
	/* From here on everything is device dependent */
	void *par;
	/* we need the PCI or similar aperture base/size not
	   smem_start/size as smem_start may just be an object
	   allocated inside the aperture so may not actually overlap */
	struct apertures_struct {
		unsigned int count;
		struct aperture {
			resource_size_t base;
			resource_size_t size;
		} ranges[0];
	} *apertures;

	bool skip_vt_switch; /* no VT switch on suspend/resume required */
};

注意結構體中的fb_fops這一項，/dev/fb0 是個字符設備，fb_fops就是它的文件操作結構體，它的file_operations操作集在drivers/video/fbdev/core/fbmem.c 文件中：

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,
};

可以看到有熟悉的open、release等函數(shù)接口。

因此，LCD驅動的重點就是初始化fb_info里面的各個成員。

fb_info結構體的成員變量很多，需要重點關注的是這幾個：

var：當前的可變參數(shù)

fix：當前的固定參數(shù)

fbops：幀緩沖操作函數(shù)集

screen_base：虛擬內存基地址(屏幕顯存)

screen_size：虛擬內存大小(屏幕顯存大小)

pseudo_palette：偽16位調色板

初始化完成fb_info后，通過register_framebuffer函數(shù)向內核注冊剛剛初始化的fb_info。

1.2 LCD驅動文件mxsfb介紹

LCD的驅動文件為mxsfb.c，這是一種platform驅動框架，驅動和設備匹配之后，mxsfb_probe函數(shù)就會執(zhí)行。

LCD的初始化通過mxsfb_probe函數(shù)來實現(xiàn)，該函數(shù)的主要功能有：

申請fb_info

初始化fb_info結構體中的各個成員變量

初始化eLCDIF控制器

使用register_framebuffer函數(shù)向Linux內核注冊初始化好的fb_info

該函數(shù)位于：/drivers/video/fbdev/mxsfb.c中

該函數(shù)的實現(xiàn)如下：

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;
	struct mxsfb_info *host; //<-----NXP的fb_info
	struct fb_info *fb_info; //<-----Linux的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;
	//省略...

	fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct fb_info), &pdev->dev);//<--------申請fb_info
	if (!fb_info) {
		dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate fbdev\n");
		devm_kfree(&pdev->dev, host);
		return -ENOMEM;
	}
    host->fb_info = fb_info; //<---將mxsfb_info與fb_info聯(lián)系起來
    fb_info->par = host;
	//省略...

	ret = mxsfb_init_fbinfo(host);
	if (ret != 0)
		goto fb_pm_runtime_disable;

	mxsfb_dispdrv_init(pdev, fb_info);
	//省略...
    
	ret = register_framebuffer(fb_info); //<------------注冊
	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");
	
}

其中，register_framebuffer函數(shù)的原型如下：

函數(shù)參數(shù)和返回值含義：

fb_info：需上報的fb_info

返回值：0-成功，負值-失敗

1.3 LCD 驅動程序編寫

6ULL的eLCDIF接口驅動程序 NXP 已經編 寫好了，因此 LCD 驅動部分我們不需要去修改。我們需要做的就是按照所使用的 LCD 來修改設備樹。

1.3.1 查看設備樹

1.3 先來看一下NXP官方編寫的Linux下的 LCD 驅動。打開 imx6ull.dtsi，然后找到 lcdif節(jié)點內容：

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

其中021c8000 這個地址，可以從參考手冊中找到對應的介紹：

1.3.2 屏幕IO配置

打開 imx6ull-myboard.dts 文件，在 iomuxc 節(jié)點中找到如下內容：

具體為：

pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA02__LCDIF_DATA02  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA03__LCDIF_DATA03  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA04__LCDIF_DATA04  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA05__LCDIF_DATA05  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA06__LCDIF_DATA06  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA07__LCDIF_DATA07  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA08__LCDIF_DATA08  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA09__LCDIF_DATA09  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA10__LCDIF_DATA10  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA11__LCDIF_DATA11  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA12__LCDIF_DATA12  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA13__LCDIF_DATA13  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA14__LCDIF_DATA14  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA15__LCDIF_DATA15  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA16__LCDIF_DATA16  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA17__LCDIF_DATA17  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA18__LCDIF_DATA18  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA19__LCDIF_DATA19  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA20__LCDIF_DATA20  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA21__LCDIF_DATA21  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA22__LCDIF_DATA22  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_DATA23__LCDIF_DATA23  0x79
			>;
		};

		pinctrl_lcdif_ctrl: lcdifctrlgrp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_LCD_CLK__LCDIF_CLK	    0x79
				MX6UL_PAD_LCD_ENABLE__LCDIF_ENABLE  0x79
				MX6UL_PAD_LCD_HSYNC__LCDIF_HSYNC    0x79
				MX6UL_PAD_LCD_VSYNC__LCDIF_VSYNC    0x79
			>;
		};

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

這里有3個節(jié)點：

子節(jié)點pinctrl_lcdif_dat ，為 RGB LCD 的 24根數(shù)據線配置項

子節(jié)點 pinctrl_lcdif_ctrl ，為RGB LCD 的 4根控制線配置項，包括 CLK、ENABLE、VSYNC 和 HSYNC

子節(jié)點 pinctrl_pwm1 ，為RGB LCD 的背光亮度配置項

1.3.3 屏幕參數(shù)配置

在imx6ull-myboard.dts 文件中找到lcdif 節(jié)點，根據自己使用的LCD，修改為對應的參數(shù)。

下面是NXP官方板子的參數(shù)：

我用的野火7寸屏（GT911，800x480），其參數(shù)為：

修改后的lcdif 節(jié)點如下：

&lcdif {
	pinctrl-names = "default";             /* 使用到的 IO */ 
	pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat
		     &pinctrl_lcdif_ctrl
		     &pinctrl_lcdif_reset>;
	display = <&display0>;
	status = "okay";

	display0: display {                  /* LCD 屬性信息 */ 
		bits-per-pixel = <16>;           /* 一個像素占用幾個bit */ 
		bus-width      = <24>;           /* 總線寬度 */ 

		display-timings {
			native-mode = <&timing0>;    /* 時序信息 */ 
			timing0: timing0 {
			clock-frequency = <9200000>; /* LCD像素時鐘，單位Hz */ 
			hactive      = <800>;        /* LCD X軸像素個數(shù) */ 
			vactive      = <480>;        /* LCD Y軸像素個數(shù) */ 
			hfront-porch = <22>;         /* LCD hfp 參數(shù) */ 
			hback-porch  = <46>;         /* LCD hbp 參數(shù) */
			hsync-len    = <23>;         /* LCD hspw 參數(shù) */ 
			vback-porch  = <22>;         /* LCD vbp 參數(shù) */
			vfront-porch = <4>;          /* LCD vfp 參數(shù) */ 
			vsync-len    = <1>;          /* LCD vspw 參數(shù) */ 

			hsync-active    = <0>;       /* hsync 數(shù)據線極性 */ 
			vsync-active    = <0>;       /* vsync 數(shù)據線極性 */ 
			de-active       = <1>;       /* de 數(shù)據線極性 */ 
			pixelclk-active = <0>;       /* clk 數(shù)據線極性 */ 
			};
		};
	};
};

1.3.4 屏幕背光配置

通過PWM信號來控制LCD屏幕背光的亮度

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

LCD 背光要用到PWM1，因此也要設置 PWM1 節(jié)點，在imx6ull.dtsi 文件中找到如下內容：

這個節(jié)點信息不用修改，使用默認的配置即可。如果要修改的話，也不要修改這里，可以通過imx6ull-myboard.dts文件中進行修改。

imx6ull-myboard.dts中的pwm1節(jié)點：

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

imx6ull-myboard.dts中的backlight節(jié)點：

backlight {
    compatible = "pwm-backlight";
    pwms = <&pwm1 0 5000000>;
    brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
    default-brightness-level = <6>;
    status = "okay";
};

2 實驗測試

2.1使能Linux logo顯示

uboot啟動的時候，LCD左上角上會顯示NXP的圖標，而Linux內核啟動的時候，LCD左上角上會顯示一個小企鵝。因此，可以通過小企鵝logo的顯示來驗證LCD 驅動是否正常。

默認情況下是已經開啟logo顯示的，可以再確認一下。

在Linux內核源碼目錄，輸入以下指令打開內核的圖形化配置：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

Linux內核配置界面：

然后按下路徑找到對應的配置項：

-> Device Drivers 
      -> Graphics support    
      -> Bootup logo (LOGO [=y])

最終到達這個界面：

這三個選項分別對應黑白、16 位、24 位色彩格式的 logo。

2.2 編譯設備樹

修改設備樹中的lcdif節(jié)點后（主要是修改屏幕的參數(shù)），在Linux內核源碼目錄執(zhí)行下面的命令，重新編譯設備樹并拷貝到網絡啟動位置。

make imx6ull-myboard.dtb
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dtb ~/myTest/tftpboot/nxp/

然后重啟開發(fā)板，就可以在Linux內核驅動的時候看到屏幕上的企鵝圖標了：

2.3 設置LCD作為終端控制臺

之前一直使用串口來顯示板子的啟動和調試信息，實際上可以設置 LCD 作為終端進行同步顯示：

2.3.1 設置uboot的bootargs

重啟開發(fā)板，在倒計時時按回充進入ubout，可以先看下之前的bootargs配置：

只需要在原來的基礎上再添加console=tty1即可：

setenv bootargs 'console=tty1 console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.5.104:/home/xxpcb/myTest/nfs/rootfs,proto=tcp,nfsvers=4 rw ip=192.168.5.102:192.168.5.104:192.168.5.1:255.255.255.0::eth1:off'
saveenv

然后重啟開發(fā)板，在Linux內核驅動的時候就可以在屏幕上看到輸出信息了：

對比一下串口輸出的信息，可以看出屏幕輸出到Freeing unused kernel memory: 400K (8090e000 - 80972000)這句后就沒有了，沒有出現(xiàn)按下回車鍵繼續(xù)的提示，也沒有顯示開啟自啟動的hello word測試程序的打印，這是因為某些設置還未完成。

2.3.2 修改/etc/inittab文件

該修改用于設置屏幕作為終端進行交互。

打開根文件系統(tǒng)中的/etc/inittab 文件，加入下面這一行：

tty1::askfirst:-/bin/sh 

保存后重啟板子，并在板子的USB接口插上鍵盤，就可以通過鍵盤和板子交互了：

現(xiàn)在通過板子插入鍵盤，也可以在屏幕上操作板子了。

注意，之前設置的開機啟動的hello word程序的打印沒有出現(xiàn)在屏幕上，是因為printf的輸入沒有設置的LCD中，我們可以通過將輸出指向 /dev/tty1 來實現(xiàn)LCD屏幕的打印，比如測試屏幕輸出hello linux:

echo hello linux > /dev/tty1 

2.4 其它問題

2.4.1 自動熄屏的問題

當沒有操作LCD屏幕一段時間后，屏幕會自動黑屏，這時可以通過接入鍵盤按下回車鍵進行喚醒（也可以通過板子的ON/OFF按鍵進行喚醒，因為該按鍵也被賦予了回車鍵的功能）。

這個時間是在Linux源碼的 drivers/tty/vt/vt.c中設置的，默認是10分鐘（10*60秒）。

如果想讓屏幕一直亮著，可以將改值設為0，并重新編輯Linux內核得到zImage，然后用新的zImage啟動開發(fā)板。

如果不想修改zImage，另外一種方式可以創(chuàng)建一個開機啟動的應用程序來控制屏幕不熄滅， lcd_always_on.c的內容為：

#include  
#include  
#include  

int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int fd; 
    fd = open("/dev/tty1", O_RDWR); 
    write(fd, "\033[9;0]", 8); 
    close(fd); 
    return 0; 
} 

在ubuntu中編譯該程序，然后將可執(zhí)行程序拷貝到板子的根文件系統(tǒng)中：

arm-linux-gnueabihf-gcc lcd_always_on.c -o lcd_always_on 
cp lcd_always_on ~/myTest/nfs/rootfs/usr/bin/

然后，/etc/init.d/rcS中設置該程序開機自啟動即可。

保存后，重啟開發(fā)板，屏幕就不會自動熄屏了。

2.4.2 屏幕亮度調節(jié)

屏幕的亮度也是可以調節(jié)的，設備樹中背光節(jié)點設置了8 個等級，可以在 0~7范圍內進行亮度調節(jié)，進入下面的目錄，可以查看當前屏幕的亮度：

/sys/devices/platform/backlight/backlight/backlight 

通過下面的指令可以實時修改屏幕的亮度，比如修改亮度為1：

echo 1 > brightness

總結

本篇介紹了LCD屏幕驅動相關知識并進行了實驗，因為NXP官方的板子和我這個板子的LCD引腳一樣，因此主要的修改就是將設備樹中的lcdif 節(jié)點的屏幕參數(shù)進行修改即可。

通過實驗，可以將企鵝logo顯示出來，并將板子的輸出信息定向到了LCD屏幕顯示，通過接入鍵盤可實現(xiàn)與Linux板子的交互。最后，還測試了屏幕熄屏和亮度調節(jié)功能。