[嵌入式] S5PV210开发之1.0.14------LCD显示器

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[嵌入式]S5PV210开发之1.0.14------LCD显示器

1. 什么是LCD

LCD：液晶显示器、面板，不会主动发光，可以通过不同电信号让液晶分子进行选择性的透光，此时在液晶面板前面看到的就是各种各样不同的颜色，LCD面板的比较对象是TN IPS VA屏！
LED：主动发光、背光、我们平时所说的“LED屏”，全称LED-backlit LCD，看见后面那个大大的LCD了吗？翻译成中文是LED背光液晶显示器。我们所说的LED也是指的他的背光
OLED，Organic Light-Emitting Diode，中文全称有机发光二极管，是一种全新的显示技术，可弯曲，OLED屏幕为自发光屏幕，无需背光照明，与LCD屏幕有着本质区别。

2. LCD接口技术

采用TTL接口。
SoC的LCD控制器硬件接口是TTL电平的，LCD这边硬件接口也是TTL电平的
TTL电平的缺陷就是不能传递太远，如果LCD屏幕和主板控制器太远，就不能直接TTL连接，转换方式：主机SoC(TTL) ->VGA-> LCD屏幕(TTL)

在这里插入图片描述

3. RGB接口详解

VD[23:0]：24根数据线，并行
HSYNC：水平同步信号
VSYNC：垂直同步信号：时序信号线，为了让LCD能够正常显示给的控制信号
VCLK(像素时钟)：LCD工作时需要主板控制器给LCD模组一个工作时钟信号，就是VCLK。
VDEN：数据有效标志：时序信号，和HSYNC、VSYNC结合使用。
LEND：行结束标志，不是必须的，时序信号，非必须，譬如X210接口就没有。

4. LCD显示图像相关概念

像素pixel：是图像中最基本的元素、图像被操作的最小单位、可以是黑白（控制亮度）、可以是单色（控制亮、灭）、也可以是彩色
扫描：图像是一个像素一个像素扫描生成的，只是肉眼识别不出
驱动器：将控制器的数字信号转换成模拟信号发给LCD显示器、面板需要一定的模拟电信号来控制液晶分子
控制器：按时序发出数字信号、SoC会从内存中拿像素数据给LCD控制器并最终传给LCD驱动器。
显存：内存中的一块区域、先和LCD控制器建立映射、然后在显存中写入像素数据，然后就不需要关心LCD控制器、驱动器、LCD显示器，以后CPU就只关心显存了，因为我只要把要显示的图像的像素数据丢到显存中，硬件就会自动响应。
像素间距（pitch），连续2个像素的像素中心的距离。
分辨率：整个屏幕的横向和纵向的像素个数就叫分辨率，譬如X210开发板用的屏幕是800×480，分辨率不等于清晰度、
像素深度：一个像素在计算机中由多少个字节数据来描述，一般来说像素深度有这么几种：1位、8位、16位、24位、32位

5. LCD的六个主要时序参数

LCD图像显示单位：帧，
帧内数据：一帧图像其实就是多个像素组成的矩阵。
帧外数据：整个视频由很多个帧构成，最终播放视频时逐个播放各个图像帧即可。
显示一帧图像其实是一个一个像素点显示的过程

6个主要时序参数：

HSPW 水平同步信号脉宽、HBPD 水平同步信号前肩、HFPD 水平同步信号后肩

VSPW 垂直同步信号脉宽、VBPD 垂直同步信号前肩、VFPD 垂直同步信号后肩、

前三个H开头的信号为一组横向的时序信号、HSPW告诉驱动器要发信息了，HBPD、HFPD调整时间，纵向V开头的信号同理。一行总共包含4部分：HSPW+HBPD+有效行信息+HFPD。
一帧图像其实就是一列，一列图像由多个行组成，每行都是上面讲的这个时序。
一帧图像的通信过程是这样的：整个帧图像信号分为4部分：VSPW+VBPD+帧有效信号+VFPD。VSPW是帧同步信号宽度，用来告诉驱动器一帧图像要开始了；VBPD和VFPD分别是垂直同步信号前后肩。

在这里插入图片描述
这些参数都是LCD本身的、与LCD控制器无关、这些参数大小来自LCD厂家提供的示例代码。

在这里插入图片描述
补充：H开头的三个单位都是DCLK(像素时钟),V开头的三个单位是TH。这样设置的好处是我们改变了像素时钟的设置时，不用改变这里的时序参数。

6. 颜色在计算机中的表示

自然光颜色连续、计算机颜色离散，当离散点足够多、颜色就足够丰富。
像素深度bpp与颜色丰富性有直接关系。
像素深度解析：

1位：0/1只能控制单色的亮灭

8位：2^8有256种颜色，灰度显示。没有彩色，我们把纯白到纯黑分别对应255到0，中间的数值对应不同的灰。

16位：用16个二进制位表示颜色，此时能表示65536种颜色。这时候就可以彩色显示了，一般是RGB565的颜色分布（用5位二进制表示红色、用6位二进制表示绿色、用5位二进制表示蓝色），失真严重。

24位：用24个二进制位来表示颜色，此时能表示16777216种颜色。这种表示方式和16位色原理是一样的，只是RGB三种颜色各自的精度都更高了（RGB各8位），叫RGB888。

32位：总共用32位二进制来表示颜色，其中24位表示红绿蓝三元色（还是RGB888分布），剩下8位表示透明度。这种显色方式就叫ARGB（A是阿尔法，表示透明度），现在PC机中一般都用ARGB表示颜色。

7. S5PV210的LCD控制器

数据手册：

时钟：AHB
外部接口选择：RGB
虚拟屏幕：
开发板支持5个虚拟屏幕、每个虚拟屏幕对应信息保留在显存中
虚拟显示：
作用：需要显示的图片的分辨率大于屏幕支持的分辨率，先将整个大图片的像素信息以全部存放在显存中，然后让LCD去对应其中的一部分区域作为有效的显示区域，这个就叫虚拟显示
编程时，通过改变屏幕左上角的位置、来改变显示的图片、不需要额外写内存操作

在这里插入图片描述

8. 编程实战

LCD初始化代码

在这里插入图片描述

#include "main.h"

#define GPF0CON			(*(volatile unsigned long *)0xE0200120)
#define GPF1CON			(*(volatile unsigned long *)0xE0200140)
#define GPF2CON			(*(volatile unsigned long *)0xE0200160)
#define GPF3CON			(*(volatile unsigned long *)0xE0200180)

#define GPD0CON			(*(volatile unsigned long *)0xE02000A0)
#define GPD0DAT			(*(volatile unsigned long *)0xE02000A4)

#define CLK_SRC1		(*(volatile unsigned long *)0xe0100204)
#define CLK_DIV1		(*(volatile unsigned long *)0xe0100304)
#define DISPLAY_CONTROL	(*(volatile unsigned long *)0xe0107008)

#define VIDCON0			(*(volatile unsigned long *)0xF8000000)
#define VIDCON1			(*(volatile unsigned long *)0xF8000004)
#define VIDTCON2		(*(volatile unsigned long *)0xF8000018)
#define WINCON0 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000020)
#define WINCON2 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000028)
#define SHADOWCON 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000034)
#define VIDOSD0A 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000040)
#define VIDOSD0B 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000044)
#define VIDOSD0C 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000048)

#define VIDW00ADD0B0 	(*(volatile unsigned long *)0xF80000A0)
#define VIDW00ADD1B0 	(*(volatile unsigned long *)0xF80000D0)

#define VIDTCON0 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000010)
#define VIDTCON1 		(*(volatile unsigned long *)0xF8000014)

#define HSPW 			(40)				// 1~40 DCLK
#define HBPD			(10 - 1)			// 46
#define HFPD 			(240 - 1)			// 16 210 354
#define VSPW			(20)				// 1~20 DCLK
#define VBPD 			(10 - 1)			// 23
#define VFPD 			(30 - 1)			// 7 22 147

// FB地址
#define FB_ADDR			(0x23000000)
#define ROW				(480)
#define COL				(800)
#define HOZVAL			(COL-1)
#define LINEVAL			(ROW-1)

#define XSIZE			COL
#define YSIZE			ROW


// 初始化LCD
void lcd_init(void)
{
	// 配置引脚用于LCD功能，LCD控制器连接的引脚要配置好工作模式、因为引脚复用，凡是有引脚的都要设置GPIO的工作模式。GPF0-GPF3都是如此
	
	GPF0CON = 0x22222222;
	GPF1CON = 0x22222222;
	GPF2CON = 0x22222222;
	GPF3CON = 0x22222222;

	// 打开背光	GPD0_0（PWMTOUT0）
	GPD0CON &= ~(0xf<<0);
	GPD0CON |= (1<<0);	// 输出模式
	GPD0DAT &= ~(1<<0);	// output 0 to enable backlight
将GPDODAT寄存器的bit[0]写0，就是GPDO_0输出低电平

	// 10: RGB=FIMD I80=FIMD ITU=FIMD
	DISPLAY_CONTROL = 2<<0;

	// bit[26~28]:使用RGB接口 写100
	// bit[18]:RGB 并行 写0
	// bit[2]:选择时钟源为HCLK_DSYS=166MHz 写0
	VIDCON0 &= ~( (3<<26)|(1<<18)|(1<<2) );

	// bit[1]:使能lcd控制器
	// bit[0]:当前帧结束后使能lcd控制器
	VIDCON0 |= ( (1<<0)|(1<<1) );

	// bit[6]:选择需要分频
	// bit[6~13]:分频系数为5，即VCLK（像素时钟） = 166M/(4+1) = 33M
	VIDCON0 |= 4<<6 | 1<<4;


	// H43-HSD043I9W1.pdf(p13) 时序图：VSYNC和HSYNC都是低脉冲
	// s5pv210芯片手册(p1207) 时序图：VSYNC和HSYNC都是高脉冲有		效，所以需要反转
	VIDCON1 |= 1<<5 | 1<<6;

//以上的VIDCON1设置控制器内部的一些时钟、分频、接口类型RGB等等

	// 设置时序 横+竖
	VIDTCON0 = VBPD<<16 | VFPD<<8 | VSPW<<0;
	VIDTCON1 = HBPD<<16 | HFPD<<8 | HSPW<<0;
	// 设置长宽(物理屏幕)
	VIDTCON2 = (LINEVAL << 11) | (HOZVAL << 0);
//以上的VIDTCONn设置一些和时序、长宽、这类设计到具体的数据。 

	// 设置window0，只使用虚拟屏幕0
	// bit[0]:使能
	// bit[2~5]:24bpp（RGB888）
	WINCON0 |= 1<<0;
	WINCON0 &= ~(0xf << 2);
	WINCON0 |= (0xB<<2) | (1<<15);

	#define LeftTopX     0
	#define LeftTopY     0
	#define RightBotX   799
	#define RightBotY   479

	// 设置window0的上下左右
	// 设置的是window0这个虚拟屏幕的所需要的显存空间的大小
	VIDOSD0A = (LeftTopX<<11) | (LeftTopY << 0);
	VIDOSD0B = (RightBotX<<11) | (RightBotY << 0);

	//设置的是需要显出来的大小
	VIDOSD0C = (LINEVAL + 1) * (HOZVAL + 1);


	// 设置fb的地址，帧缓存地址寄存器、就是一帧图片数据所需要写入的内存中的显存的地址，初始化要指定好地址
	VIDW00ADD0B0 = FB_ADDR;
	VIDW00ADD1B0 = (((HOZVAL + 1)*4 + 0) * (LINEVAL + 1)) & (0xffffff);
	//一行的像素个数*4（采用RGB888,一个像素3字节但是4字节对齐）

	// 使能channel 0传输数据
	SHADOWCON = 0x1;
}

在这里插入图片描述

demo1：用一种颜色填充屏幕

RGB，全1为白，全0为黑
#define BLUE	0x0000FF 
#define RED		0xFF0000
#define GREEN	0x00FF00
#define WHITE	0xFFFFFF


// 在像素点(x, y)处填充为color颜色
static inline void lcd_draw_pixel(u32 x, u32 y, u32 color)
{
	*(pfb + COL * y + x) = color;
}


// 把整个屏幕全部填充成一个颜色color
static void lcd_draw_background(u32 color)
{
	u32 i, j;
	
	for (j=0; j<ROW; j++)
	{
		for (i=0; i<COL; i++)
		{
			lcd_draw_pixel(i, j, color);
		}
	}
}

static void delay(void)
{
	volatile u32 i, j;
	for (i=0; i<4000; i++)
		for (j=0; j<1000; j++);
}

void lcd_test(void)
{
	lcd_init();
	

// 测试绘制背景色，成功
	while (1)
	{
		lcd_draw_background(RED);
		delay();
		
		lcd_draw_background(GREEN);
		delay();
		
		lcd_draw_background(BLUE);
		delay();
	}

}

demo2：画横线、竖线

// 绘制横线，起始坐标为(x1, y)到(x2, y),颜色是color
static void lcd_draw_hline(u32 x1, u32 x2, u32 y, u32 color)
{
	u32 x;
	
	for (x = x1; x<x2; x++)
	{
		lcd_draw_pixel(x, y, color);
	}
}

// 绘制竖线，起始坐标为(x, y1)到(x, y2),颜色是color
static void lcd_draw_vline(u32 x, u32 y1, u32 y2, u32 color)
{
	u32 y;
	
	for (y = y1; y<y2; y++)
	{
		lcd_draw_pixel(x, y, color);
	}
}

在这里插入图片描述

demo3：写字符、字符串

// 写字
// 写字的左上角坐标(x, y)，字的颜色是color，字的字模信息存储在data中
static void show_8_16(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color, unsigned char *data)  
{  
// count记录当前正在绘制的像素的次序
    int i, j, count = 0;  
	  
    for (j=y; j<(y+16); j++)  
    {  
        for (i=x; i<(x+8); i++)  
        {  
            if (i<XSIZE && j<YSIZE)  
            {  
			// 在坐标(i, j)这个像素处判断是0还是1，如果是1写color；如果是0直接跳过
			data是想要写的字符以数组方式存储的字符模
            	if (data[count/8] & (1<<(count%8)))   
					lcd_draw_pixel(i, j, color);
            }  
            count++;  
        }  
    }  
} 


// 写字符串
// 字符串起始坐标左上角为(x, y)，字符串文字颜色是color,字符串内容为str
void draw_ascii_ok(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color, unsigned char *str)
{
	int i;  
	unsigned char *ch;
    for (i=0; str[i]!='\0'; i++)  
    {  
		ch = (unsigned char *)ascii_8_16[(unsigned char)str[i]-0x20];
        show_8_16(x, y, color, ch); 
		
        x += 8;
		if (x >= XSIZE)
		{
			x -= XSIZE;			// 回车
			y += 16;			// 换行
		}
    }  
}

demo4:画图

// 画800×480的图，图像数据(颜色数据)存储在pData所指向的数组中

void lcd_draw_picture(const unsigned char *pData)
{
	u32 x, y, color, p = 0;
	
	for (y=0; y<480; y++)
	{
		for (x=0; x<800; x++)
		{
			// 在这里将坐标点(x, y)的那个像素填充上相应的颜色值即可
			color = (pData[p+0] << 0) | (pData[p+1] << 8) | (pData[p+2] << 16);
//RGB888
			lcd_draw_pixel(x, y, color);
			p += 3;
		}
	}
}