LCD驱动程序详细讲解（⼀）
平台：JZ2440V3
CPU：三星S3C2440A芯⽚
LCD：4.3⼨液晶屏⼿册_AT043TN24
LCD介绍：
LCD，即液晶显⽰器，是⼀种采⽤了液晶控制透光技术来实现⾊彩的显⽰器。LCD有很多种类型，⽐如STN、TFT、LTPS、OLED等。各有优缺点。
由于JZ2440V3开发板上⾯配置的是TFT类型液晶显⽰器，所以本⽂主要针对TFT-LCD进⾏讲解；
TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)可以⼤⼤缩短屏幕的响应时间，其响应时间已经⼩于80ms，并改善了连续显⽰时屏幕模糊闪烁，有效提⾼了动态画⾯的播放⼒，呈现画⾯⾊彩饱和度、真实效果和对⽐度都⾮常不错，只是功耗稍⾼，是⽬前最为主流的液晶显⽰器。
LCD的接⼝：
CPU或显卡发出的图像数据是TTL信号，LCD本⾝接收的也是TTL信号。由于TTL信号在⾼速率的长距离传输时性能不佳，抗⼲扰能⼒也⽐较差，后来⼜提出了多种接⼝来解决这种问题，⽐如LVDS、TDMS、GVIF、DVI和DFP等。它们实际上只是将CPU或显卡发出的TTL信号编码成各种信号以便传输，在LCD那边将接收到的信号进⾏解码得到TTL信号。 由于数字接⼝标准尚未统⼀，所以使⽤LCD时需要根据其⼿册了解具体接⼝定义。也是基于数字接⼝标准尚未统⼀的原因，市场上⼤多LCD 都采⽤模拟信号接⼝，LCD需要先通过ADC将模拟信号转换为数字信号才能显⽰。
但是，不管采⽤何种数字接⼝，本质的TTL信号是⼀样的。
TFT-LCD的数据传输⽅式有2种，单扫：指的是对于⼀整屏的数据，从上到下，从左到右，⼀个⼀个地发送出来，双扫：是指将⼀整屏的数据分为上下两部分，同时的从上到下，从左到右，⼀个⼀个的发送出来。
其中，TFT-LCD其数据信号多达24根，对应像素值中的每⼀位。 TFT-LCD的TTL信号：
信号名称 描述
VSYNC垂直同步信号
家具涂装生产线HSYNC⽔平同步信号
VD[23：0]数据信号
HCLK时钟信号
LEND⾏结束信号
PWREN电源开关信号
S3C2440 LCD控制器的特性和结构：
S3C2440 LCD控制器被⽤来向LCD传输图像数据，并提供必要的控制信号，⽐如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。可以⽀持STN-LCD和TFT-LCD，其特性如下(BPP表⽰bit per pixel，即每个像素⽤多少位来表⽰其颜⾊)。
S3C2440 LCD控制器的内部结构如下图1所⽰：
图 1
其中，REGBANK是LCD控制器的寄存器组，包含17个寄存器和⼀块256*16的调⾊板内存，⽤来设置各项参数。⽽LCDCDMA则是LCD 控制器专⽤的DMA信道，可以⾃动的从系统总线上取到图像数据，这使得显⽰图像时不需要CPU的⼲涉。VIDPRCS将LCDCDMA中的数据组合成特定的格式(⽐如4位单扫，4位双扫和8位单扫等)，然后从VD[23:0]发送给LCD屏。同时，TIMEGEN和LPC3600负责产⽣LCD 屏所需的控制时序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后从VIDEO MUX送给LCD屏。
显⽰器上数据的组织格式：
对于屏幕上的⼀整幅图像，他的数据是如何组织的？⽆论是CRT显⽰器还是LCD显⽰器，他们都有相同的概念。
⼀幅图像被称为⼀帧(frame)，每帧由多⾏组成，每⾏由多个像素组成，每个像素的颜⾊使⽤若⼲位的数据来表⽰。对于单⾊显⽰器，每个像素使⽤1位来表⽰，称为1BPP；对于256⾊显⽰器，每个像素使⽤8位来表⽰，被称为8BPP。
挂包钩显⽰器从屏幕的左上⽅开始，⼀⾏⼀⾏的取得每个像素的数据并显⽰出来，当显⽰到⼀⾏的最右边时，跳到下⼀⾏的最左边开始显⽰下⼀⾏；当显⽰完所有⾏后，跳到左上⽅开始下⼀帧。显⽰器沿着“Z”字型的路线进⾏扫描，使⽤HSYNC、VSYNC信号来控制扫描路线的跳转，HSYNC表⽰“是跳到最左边的时候了”，VSYNC表⽰“是跳到最上边的时候了”。
在⼯作中的显⽰器上，可以在四周看见⿊⾊的边框。上⽅的⿊框是因为当发出VSYNC信号时，需要经过若⼲⾏之后第⼀⾏数据才有效；下⽅的⿊框是因为显⽰完所有⾏的数据时，显⽰器还没有扫描到最下边(VSYNC信号还没有发出)，这时数据是⽆效的；左边的⿊框是因为当发出HSYNC信号时，需要经过若⼲像素之后第⼀列数据才有效；右边的⿊框是因为显⽰完⼀⾏数据时，显⽰器还没扫描到最右边(HSYNC 信号还没有发出)，这时数据已经⽆效。显⽰器只会依据VSYNC、HSYNC信号来取得、显⽰数据，并不理会该数据是否有效，何时发出有效的数据由显卡或LCD控制器决定。
VSYNC信号出现的频率表⽰⼀秒钟内能显⽰多少帧图像，称为垂直频率或场频率，这就是我们常说的“显⽰器频率”；HSYNC信号出现的频率称为⽔平频率，表⽰⼀秒钟能显⽰多少个像素的数据。
显⽰器上，⼀帧数据的存放位置与VSYNC、HSYNC信号的关系如下图2所⽰：
图 2
有效数据的⾏数、列数，即分辨率，它与VSYNC、HSYNC信号之间的距离等，都是可以设置的，这由LCD控制器来完成。
TFT-LCD的操作：
先了解TFT-LCD的时序，这使得我们在设置各个寄存器时有个形象的概念。每个VSYNC信号表⽰⼀帧数据的开始；每个HSYNC信号表⽰⼀⾏数据的开始，⽆论这些数据是否有效；每个VCLK信号表⽰正在传输⼀个像素的数据，⽆论它是否有效。数据是否有效只是对CPU的LCD控制器来说的，LCD根据VSYNC、HSYNC、VCLK不停的读取总线数据并显⽰。
下⾯讲解时序图，请参考下图3所⽰：
图 3
1、VSYNC信号有效时，表⽰⼀帧数据的开始；
2、VSPW表⽰表⽰VSYNC信号的脉冲宽度(VSPW+1)个HSYNC信号周期，即(VSPW+1)⾏，这个(VSPW+1)⾏的数据⽆效；
3、VSYNC信号脉冲之后，还要经过(VBPD+1)个HSYNC信号周期，有效的⾏数据才出现。所以，在VSYNC信号之后，总共还要经过(VSPW+1+VBPD+1)个⽆效的⾏，它对应图2中上⽅的⿊⾊边框，第⼀个有效的⾏才出现。
4、随后连续发出(LINEVAL+1)⾏的有效数据。
5、最后是(VFPD+1)个⽆效的⾏，它对应图2下⽅的⿊⾊边框，完整的⼀帧数据结束，紧接着就是下⼀个帧的数据了(即下⼀个VSYNC信号)。
现在深⼊到⼀⾏中像素数据的传输过程，它与上⾯⾏数据的传输过程相似。
1、HSYNC信号有效时，表⽰⼀⾏数据的开始。进化标记
2、HSPW表⽰HSYNC信号的脉冲宽度为(HSPW+1)个VCLK信号周期，即(HSPW+1)个像素，这(HSPW+1)个像素的数据是⽆效的。
3、HSYNC信号脉冲之后，还要经过(HBPD+1)个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现。所以，在
HSYNC信号有效之后总共还要经过(HSPW+1+HBPD+1)个⽆效的像素，它对应图2左边⿊⾊边框，第⼀个有效的像素才出现。
4、随后即连续发出(HOZVAL+1)个像素的有效数据。
5、最后(HFPD+1)个⽆效的像素，它对应图2右边的⿊⾊边框，完整的⼀⾏结束，紧接着就是下⼀⾏的数据了(即下⼀个HSYNC信号)。
时序图中个信号的时间参数都可以在LCD控制寄存器中设置，VCLK作为时序图的基准信号，它的频率可以如下计算：
VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1)*2]
VSYNC信号的频率⼜称为帧频率、垂直频率、场频率、显⽰器的频率，它可以如下计算：
FrameRate=1/[{(VSPW+1)+(VBPD+1)+(LIINEVAL+1)+(VFPD+1)}x{(HSPW+1)+(HBPD+1)+(HFPD+1)+(HOZVAL+1)} x {2x (CLKVAL+1) / (HCLK )}]
tvline
将VSYNC、HSYNC、VCLK等信号的时间参数设置好之后，并将帧内存的地址告诉LCD控制器，它即可⾃动地发出DMA传输从帧内存中得到图像数据，最终在上述信号的控制下出现在数据总线VD[23:
0]上。⽤户只需要把要显⽰的图像数据写⼊帧内存中，在这之前，先了解⼀下各种格式的图像数据在内存中如何存储。
显⽰器上每个像素的颜⾊由3部分组成：红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)。它们被称为三基⾊，这三者的混合⼏乎可以表⽰⼈眼所能识别的所有颜⾊。⽐如可以根据颜⾊的浓烈程度将三基⾊都分为256个级别，则可以使⽤255级的红⾊、255级的绿⾊、255级的蓝⾊组合成⽩⾊，可以使⽤0级红⾊、0级的绿⾊、0级的蓝⾊组合成⿊⾊。
LCD控制器可以⽀持单⾊(1BPP)、4级灰度(2BPP)、16级灰度(4BPP)、256⾊(8BPP)的调⾊板显⽰模式，⽀持64K(16BPP)和
16M(24BPP)⾮调⾊板显⽰模式。下⾯只介绍64K(16BPP)⾊显⽰模式下，图像数据的存储格式。
64K(16BPP)⾊的显⽰模式就是使⽤16位的数据来表⽰⼀个像素的颜⾊。这16位数据的格式⼜分为两种：5:6:5、5:5:5:1，前者使⽤⾼5位来表⽰红⾊，中间的6位来表⽰绿⾊，低5位来表⽰蓝⾊；后者的⾼15从⾼到低分成3个5位来表⽰红、绿、蓝⾊，最低位来表⽰透明度。5:5:5:1的格式也被称为RGBBA格式(A:Alpha，表⽰透明度)。
智能调度系统⼀个4字节可以表⽰两个16BPP的像素，使⽤⾼2字节还是低2字节来表⽰第⼀个像素，这也是可以选择的。
显⽰模式为16BPP时，内存数据与像素位置的关系如下图，图4中的NC表⽰没有连接：
图 4
使⽤TFT-LCD时LCD控制器的寄存器设置：
LCD控制器中REGBANK的17个寄存器可以分为6种，如下表所⽰。
REGBANK寄存器组分类：
名称说明
LCDCON1~LCDCON5⽤于选择LCD类型，设置各类控制信号的时间特性等
LCDSADDR1~LCDSADDR5⽤于设置帧内存的地址
TPAL 临时调⾊板寄存器，可以快速的输出⼀帧单⾊的图像
LCDINTPND⽤于LCD的中断，在⼀般应⽤中⽆需中断LCDSRCPND⽤于LCD的中断，在⼀般应⽤中⽆需中断LCDINTMSK⽤于LCD的中断，在⼀般应⽤中⽆需中断REDLUT专⽤于STN-LCD
GREENLUT专⽤于STN-LCD
BLUELUT专⽤于STN-LCD
DITHMODE专⽤于STN-LCD
微拟球藻TCONSEL专⽤于SEC TFT-LCD
对于TFT-LCD，⼀般情况下只需要设置前两种寄存器；下⾯分别介绍：
1、LCD控制寄存器LCDCON1：
主要⽤于选择LCD类型、设置像素时钟、使能LCD信号的输出等，格式如下表所⽰。
LCDCON1寄存器格式
功能位说明
LINECNT[27：18]只读，每输出⼀个有效⾏其值减⼀，从LINEVAL减到0；
CLKVAL[17：8]⽤于设置VCLK(像素时钟)；
MMODE[7]设置VM信号的反转效率，专⽤于STN-LCD;
PNRMODE[6：5]设置LCD类型，对于TFT-LCD设置0b11;
BPPMODE[4：1]设置BPP，对于TFT-LCD：0b1100 = 16BPP;
ENVID[0]LCD信号输出使能位，0：禁⽌，1：使能；
2、LCD控制寄存器LCDCON2：
⽤于设置垂直⽅向各信号的时间参数，格式如下表所⽰。
LCDCON2寄存器格式
功能位说明
VBPD[31：24]VSYNC信号脉冲之后，还要经过(VBPD+1)个HSYNC信号周期，有效的⾏数据才出现；
LINEVAL[23：14]LCD的垂直宽度，(LINEVAL+1)⾏；
VFPD[13：6]⼀帧中的有效数据完结后，到下⼀个VSYNC信号有效前的⽆效⾏数⽬：VFPD+1⾏；
VSPW[5：0]表⽰VSYNC信号的脉冲宽度位(VSPW+1)个HSYNC信号周期，即(VSPW+1)⾏，这个(VSPW+1)⾏的数据是⽆效的；
3、LCD控制寄存器LCDCON3：
⽤于设置⽔平⽅向各信号的时间参数，格式如下表所⽰。
LCDCON3寄存器格式
功能位说明
HBPD[25：19]HSYNC信号脉冲之后，还要经过(HBPD+1)个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现；
HOZVAL[18：8]LCD的⽔平宽度，(HOZVAL+1)类(像素)；
HFPD[7：0]⼀⾏中的有效数据完结后，到下⼀个HSYNC信号有效前的⽆效像素个数，HFPD+1个像素；
4、LCD控制寄存器LCDCON4：
对于TFT-LCD，这个寄存器只⽤来设置HSYNC信号的脉冲宽度，位[7:0]的数值称为HSPW，表⽰脉冲宽度位(HSPW+1)个VCLK周期。
5、LCD控制寄存器LCDCON5：
⽤于设置各个控制信号的极性，并可从中读到⼀些状态信息，格式如下表所⽰：
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