基于嵌入式ARM的LCD图像显示系统设计.docx

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1、基于嵌入式ARM的LCD图像显示系统设计shixiang导语：实时获得图像数据是实现这些应用的重要环节。本文使用的系统硬件平台采用Samsung公司的处理器S3C2410，并以此为根底，在基于嵌入式Linux系统平台上设计了建立图像视频的一种方法。引言随着嵌入式技术迅猛开展和Linux在信息行业中广泛应用，利用嵌入式Linux系统实现图像收集处理已有可能。实时获得图像数据是实现这些应用的重要环节。本文使用的系统硬件平台采用Samsung公司的处理器S3C2410，并以此为根底，在基于嵌入式Linux系统平台上设计了建立图像视频的一种方法。1系统硬件电路设计S3C2410芯片处理器内部集成了AR

2、M公司ARM920T处理器核的32位微控制器，资源丰富，带独立的16kB的指令Cache和16kB数据Cache、LCD液晶显示器控制器、RAM控制器、NAND闪存控制器、3路UART、4路DMA、4路带PWM的定时器、并行I/O口、8路10位ADC、TouchScreen接口、I2C接口、I2S接口、2个USB接口控制器、2路SPI，主频最高可达203MHz。在处理器丰富资源的根底上，本平台配置了64MB的Flash和64MB、32位的SDRAM，以支持操作系统和液晶屏显示运算的需要。S3C2410内置有液晶屏控制器，可以支持最大256k色TFT彩色液晶屏、最大4k色STN彩色液晶屏。考虑到

3、本系统的应用领域对图像显示的要求相对较高，故采用8英寸640480TFT液晶屏型号为LQ080V3DG01。LQ080V3DG01要求其电源电压Vdd典型值为3.3V/5V，并且LCD数据和控制信号的高电平输入电压Vih最小值为2.3V，所以本系统直接使用S3C2410的控制口线与它相连，而没有设置电平转换电路。详细的电路连接如图1所示。芯片工作形式为16位色5：6：5。2系统软件设计2.1Linux操作系统本视频显示系统的软件以嵌入式Linux为根底。Linux是免费运行、快速高效的操作系统。在过去的几年度中，基于开源组织的Linux系统的嵌入式操作系统得到了长足的开展。Linux操作系统固

4、然不是微内核构造，但是其模块化的构造使得用户可以对其方便地进展配置，去除用户系统不需要的模块以减小系统的开销，可以做到几百k大小。综合考虑系统的功能和可扩展性和系统的运行速度，本方案中的嵌入式Linux所采用的内核版本是kernel-2.4.18。在向基于S3C2410的硬件平台上安装嵌入式Linux操作系统CLinux后，为了使LCD能正常显示，还需要在CLinux系统下开发LCD的驱动程序。22Framebuffer设备驱动帧缓冲Framebuffer是出如今Linux2.2.xx内核中的一种驱动程序接口，该设备提供了LCD控制器的抽象描绘。它同时代表了LCD控制器上的显存，应用程序通过定

5、义好的接口可以访问LCD控制器，而不需要知道底层的任何操作。本系统通过帧缓冲实现LCD驱动程序的开发工作。该设备使用特殊的设备节点，是一个字符设备，其主设备号是29，次设备号定义帧缓冲个数。从用户角度看，帧缓冲设备和其他位于/dev下面的设备类似。帧缓冲的显示缓冲区位于CLinux中核心态地址空间，而在CLinux中，每个应用程序都有自己的虚拟地址空间，在应用程序中是不能直接访问物理缓冲区地址的。为此，CLinux提供了mmap函数，可将文件的内容映射到应用程序空间。对于帧缓冲设备，那么可通过映射操作，将屏幕缓冲区的物理地址映射到应用程序空间的一段虚拟地址中，之后就可以通过读写这段虚拟地址访问

6、屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。帧缓冲中内存块分布如图2所示。帧缓冲设备是一种普通的内存设备，支持直接读写其内容。支持使用read，write，seek和mmap函数。不同之处是帧缓冲的内存不是所有内存区，而是LCD控制器专用的那局部内存。/dev/fb允许使用ioctl操作，通过ioctl可以读取或者设定设备参数。颜色映射表也通过ioctl设定。下面是ioctl和本系统相关的应用及相关数据构造局部：a获取设备一些不变的信息，如设备名，屏幕的组织对应内存区的长度和起始地址。b获取可以发生变化的信息，例如位深、颜色格式、时序等，假如改变这些值，驱动程序将对值进展优化，以知足设备特性。c获取或者设定局部

7、颜色表。但在实际系统运用时，使用read、write函数在读或者写之前持续地寻址将会导致很多开销。根本解决方法是映射屏幕内存。当屏幕内存被映射到应用程序时，将得到一个直接指向屏幕内存的指针。在本系统和其他类似运用中，首先要从新得到的帧缓冲设备取回信息。帧缓冲设备在很大程度上依靠：Stnlctfb_var_screeninfo；Structfb_fix_screeninfo；Structfb_info这3个数据构造，它们在include/linux/fb.h中声明。第1个构造是用来描绘图形卡的特性，通常由用户设置；第2个构造定义了图形卡的硬件特性，是不能改变的，在选定了LCD控制器和显示器后，它

8、的硬件特性也就定下来了；第3个构造定义了当前图形卡帧缓冲设备的独立状态。23帧缓冲驱动程序的实现与一般应用类似，在本系统实现中，应用程序主要通过下面3种方式实现内核对帧缓冲的控制。a读/写/dev/fb：相当于读/写屏幕缓冲区。b映射map操作：通过映射操作，可将屏幕缓冲区的物理地址映射到用户空间的一段虚拟地址中，之后用户就可以通过读写这段虚拟地址访问屏幕缓冲区，在屏幕上绘图。cI/O控制：对于帧缓冲设备，设备文件的ioctl操作可读取显示设备及屏幕的参数，如分辨率、显示颜色数、屏幕大小等。ioctl操作是由底层的驱动程序来完成的。因此，帧缓冲驱动要完成的工作还包括：分配显存的大小、初始化LC

9、D控制存放器、设置修改硬件设备相应的var信息和fix信息。在Clinux中，由于帧缓冲设备是字符设备，应用程序需按文件的方式翻开一个帧缓冲设备，对帧缓冲设备进展读、写等操作。在上文中已经介绍了帧缓冲设备的地址空间问题，对于操作系统来讲，读、写帧缓冲设备就是对物理地址空间进展数据读写。所以，读写帧缓冲设备最主要就是获取帧缓冲设备在内存中的物理地址空间和相应LCD的一些特性。图3反映了应用程序怎样写帧缓冲设备来显示图形的全经过。在解析了上面所述的概念后，编写帧缓冲驱动的实际工作并不复杂，针对本系统主要有以下工作。a编写初始化函数。初始化函数首先初始化LCD控制器，通过写存放器设置显示形式和显示颜

10、色数，然后分配LCD显示缓冲区。在Linux可通过kmal-loc函数分配一片连续的空间。本文采用的LCD显示方式为640480，通过ARM芯片和TFT控制器硬件连接方式可知，其显示形式为16位，需要分配的显示缓冲区分别为64048016/8=600kB。缓冲区通常分配在大容量的片外SDRAM中，起始地址保存在LCD控制器存放器中。最后是初始化一个fb_info构造，填充其中的成员变量，并调用register_Framebuffer&fb_info，将fb_info登记入内核。b编写构造fb_info中函数指针fb_ops对应的成员函数对于嵌入式系统的简单实现，设置了以下3个函数以知足要求：s

11、tructfb_ops在fb.h中定义。这些函数都是用来设置/获取fb_info构造中的成员变量的。当应用程序对设备文件进展ioctl操作时会调用它们，例如，对于fb_get_fix，应用程序传人的是fb_fix_screeninfo构造，在函数中对其成员变量赋值，主要是smem-start缓冲区起始地址和smem-len缓冲区长度，最终返回给应用程序。而fb_set_var函数的传人参数是fb_var_screeninfo，函数中需要对xres，yfes，和bits_per_pixel赋值。赋值时需注意，根据本系统硬件特性，LCD的16位为5：6：5，亦即：红色5位bits11：15，绿色6

12、位bits5：10，蓝色5位bits0：4。也就是讲，LCD最大支持32种红色、64种绿色、32种蓝色的混合显示。至此，显示驱动开发工作已经根本告毕。以本系统为例，如要显示一个像素，只要通过如下步骤：由此便可以在LCD屏上逐一显示每个像素，进而显示整幅图像。图4是在所建立系统的LCD屏上显示代表东南大学的SEU3个英文字母，其中s为纯红色31，0，0，E为纯绿色0，63，0，U为纯蓝色0，0，31，而底色为纯白色31，63，31。3完毕语由于嵌入式系统能保证系统响应的实时性和运行的可靠性，目前广泛应用于各个领域。本文设计的图像显示系统可以作为平安监控、工业检测、远程操作等应用的根底。从开发实例说明，嵌入式Linux系统在图像收集及处理方面，不但在开发经过中简捷高效，而且在现场应用中也具有灵敏多变的优势，在机器人监控系统、工控图像收集定位、远程教学等应用中有广阔的开展空间。0