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【i.MX6ULL】驱动开发11——LCD驱动实践

时间：2023-02-19 11:55:52

之前在Linux系统移植时提到过LCD驱动，本篇来看下Linux设备树如何配置LCD驱动。

1 知识点

首先需要了解一个新的概念：Framebuffer

1.1 Framebuffer

Framebuffer直译即帧缓冲，简称 fb，它是Linux将系统中所有跟显示有关的硬件以及软件集合起来，将底层的LCD虚拟抽象出一

个/dev/fbX设备，应用程序可以通过操作/dev/fbX来实现对屏幕的显示控制。

NXP官方Linux内核已默认开启了LCD驱动，在dev/目录下可以看到fb0这样一个设备

Framebuffer在内核中的表现就是fb_info结构体：

完整的结构体定义如下：

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;/* 当前的可变参数 */struct fb_fix_screeninfo fix;/* 当前的固定参数 */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_IOstruct delayed_work deferred_work;struct fb_deferred_io *fbdefio;#endifstruct fb_ops *fbops; /* 帧缓冲操作函数集 */struct device *device;/* This is the parent */struct device *dev; /* This is this fb device */int class_flag; /* private sysfs flags */#ifdef CONFIG_FB_TILEBLITTINGstruct fb_tile_ops *tileops; /* Tile Blitting */#endifchar __iomem *screen_base; /* 虚拟内存基地址(屏幕显存) */unsigned long screen_size; /* 虚拟内存大小(屏幕显存大小) */ void *pseudo_palette; /* 伪16位调色板 */ #define FBINFO_STATE_RUNNING0#define FBINFO_STATE_SUSPENDED1u32 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 notsmem_start/size as smem_start may just be an objectallocated 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 */};

注意结构体中的fb_fops这一项，/dev/fb0 是个字符设备，fb_fops就是它的文件操作结构体，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 pat_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等函数接口。

因此，LCD驱动的重点就是初始化fb_info里面的各个成员。

fb_info结构体的成员变量很多，需要重点关注的是这几个：

var：当前的可变参数fix：当前的固定参数fbops：帧缓冲操作函数集screen_base：虚拟内存基地址(屏幕显存)screen_size：虚拟内存大小(屏幕显存大小)pseudo_palette：伪16位调色板

初始化完成fb_info后，通过register_framebuffer函数向内核注册刚刚初始化的fb_info。

1.2 LCD驱动文件mxsfb介绍

LCD的驱动文件为mxsfb.c，这是一种platform驱动框架，驱动和设备匹配之后，mxsfb_probe函数就会执行。

LCD的初始化通过mxsfb_probe函数来实现，该函数的主要功能有：

申请fb_info初始化fb_info结构体中的各个成员变量初始化eLCDIF控制器使用register_framebuffer函数向Linux内核注册初始化好的fb_info

该函数位于：/drivers/video/fbdev/mxsfb.c中

该函数的实现如下：

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_infostruct fb_info *fb_info; //<-----Linux的fb_infostruct 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);//<--------申请fb_infoif (!fb_info) {dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate fbdev\n");devm_kfree(&pdev->dev, host);return -ENOMEM;}host->fb_info = fb_info; //<---将mxsfb_info与fb_info联系起来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); //<------------注册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函数的原型如下：

函数参数和返回值含义：

fb_info：需上报的fb_info返回值：0-成功，负值-失败

1.3 LCD 驱动程序编写

6ULL的eLCDIF接口驱动程序 NXP 已经编写好了，因此 LCD 驱动部分我们不需要去修改。我们需要做的就是按照所使用的 LCD 来修改设备树。

1.3.1 查看设备树

1.3 先来看一下NXP官方编写的Linux下的 LCD 驱动。打开 imx6ull.dtsi，然后找到 lcdif节点内容：

lcdif: lcdif@021c8000 {compatible = "fsl,imx6ul-lcdif", "fsl,imx28-lcdif";reg = <0x021c8000 0x4000>;interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;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 这个地址，可以从参考手册中找到对应的介绍：

1.3.2 屏幕IO配置

打开 imx6ull-myboard.dts 文件，在 iomuxc 节点中找到如下内容：

具体为：

pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA02__LCDIF_DATA02 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA03__LCDIF_DATA03 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA04__LCDIF_DATA04 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA05__LCDIF_DATA05 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA06__LCDIF_DATA06 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA07__LCDIF_DATA07 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA08__LCDIF_DATA08 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA09__LCDIF_DATA09 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA10__LCDIF_DATA10 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA11__LCDIF_DATA11 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA12__LCDIF_DATA12 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA13__LCDIF_DATA13 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA14__LCDIF_DATA14 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA15__LCDIF_DATA15 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA16__LCDIF_DATA16 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA17__LCDIF_DATA17 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA18__LCDIF_DATA18 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA19__LCDIF_DATA19 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA20__LCDIF_DATA20 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA21__LCDIF_DATA21 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA22__LCDIF_DATA22 0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA23__LCDIF_DATA23 0x79>;};pinctrl_lcdif_ctrl: lcdifctrlgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_LCD_CLK__LCDIF_CLK 0x79MX6UL_PAD_LCD_ENABLE__LCDIF_ENABLE 0x79MX6UL_PAD_LCD_HSYNC__LCDIF_HSYNC 0x79MX6UL_PAD_LCD_VSYNC__LCDIF_VSYNC 0x79>;};pinctrl_pwm1: pwm1grp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__PWM1_OUT 0x110b0>;};

这里有3个节点：

子节点**pinctrl_lcdif_dat **，为 RGB LCD 的24根数据线配置项子节点 **pinctrl_lcdif_ctrl **，为RGB LCD 的4根控制线配置项，包括 CLK、ENABLE、VSYNC 和 HSYNC子节点 **pinctrl_pwm1 **，为RGB LCD 的背光亮度配置项

1.3.3 屏幕参数配置

在imx6ull-myboard.dts 文件中找到lcdif 节点，根据自己使用的LCD，修改为对应的参数。

下面是NXP官方板子的参数：

我用的野火7寸屏（GT911，800x480），其参数为：

修改后的lcdif 节点如下：

&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 属性信息 */ bits-per-pixel = <16>; /* 一个像素占用几个bit */ bus-width= <24>; /* 总线宽度 */ display-timings {native-mode = <&timing0>; /* 时序信息 */ timing0: timing0 {clock-frequency = <9200000>; /* LCD像素时钟，单位Hz */ hactive= <800>; /* LCD X轴像素个数 */ vactive= <480>; /* LCD Y轴像素个数 */ hfront-porch = <22>; /* LCD hfp 参数 */ hback-porch = <46>; /* LCD hbp 参数 */hsync-len = <23>; /* LCD hspw 参数 */ vback-porch = <22>; /* LCD vbp 参数 */vfront-porch = <4>;/* LCD vfp 参数 */ vsync-len = <1>;/* LCD vspw 参数 */ hsync-active = <0>; /* hsync 数据线极性 */ vsync-active = <0>; /* vsync 数据线极性 */ de-active = <1>; /* de 数据线极性 */ pixelclk-active = <0>; /* clk 数据线极性 */ };};};};

1.3.4 屏幕背光配置

通过PWM信号来控制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，因此也要设置 PWM1 节点，在imx6ull.dtsi 文件中找到如下内容：

这个节点信息不用修改，使用默认的配置即可。如果要修改的话，也不要修改这里，可以通过imx6ull-myboard.dts文件中进行修改。

imx6ull-myboard.dts中的pwm1节点：

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

imx6ull-myboard.dts中的backlight节点：

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 实验测试

2.1使能Linux logo显示

uboot启动的时候，LCD左上角上会显示NXP的图标，而Linux内核启动的时候，LCD左上角上会显示一个小企鹅。因此，可以通过小企鹅logo的显示来验证LCD 驱动是否正常。

默认情况下是已经开启logo显示的，可以再确认一下。

在Linux内核源码目录，输入以下指令打开内核的图形化配置：

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

Linux内核配置界面：

然后按下路径找到对应的配置项：

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

最终到达这个界面：

这三个选项分别对应黑白、16 位、24 位色彩格式的 logo。

2.2 编译设备树

修改设备树中的lcdif节点后（主要是修改屏幕的参数），在Linux内核源码目录执行下面的命令，重新编译设备树并拷贝到网络启动位置。

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

然后重启开发板，就可以在Linux内核驱动的时候看到屏幕上的企鹅图标了：

2.3 设置LCD作为终端控制台

之前一直使用串口来显示板子的启动和调试信息，实际上可以设置 LCD 作为终端进行同步显示：

2.3.1 设置uboot的bootargs

重启开发板，在倒计时时按回充进入ubout，可以先看下之前的bootargs配置：

只需要在原来的基础上再添加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

然后重启开发板，在Linux内核驱动的时候就可以在屏幕上看到输出信息了：

对比一下串口输出的信息，可以看出屏幕输出到Freeing unused kernel memory: 400K (8090e000 - 80972000)这句后就没有了，没有出现按下回车键继续的提示，也没有显示开启自启动的hello word测试程序的打印，这是因为某些设置还未完成。

2.3.2 修改/etc/inittab文件

该修改用于设置屏幕作为终端进行交互。

打开根文件系统中的/etc/inittab 文件，加入下面这一行：

tty1::askfirst:-/bin/sh

保存后重启板子，并在板子的USB接口插上键盘，就可以通过键盘和板子交互了：

现在通过板子插入键盘，也可以在屏幕上操作板子了。

注意，之前设置的开机启动的hello word程序的打印没有出现在屏幕上，是因为printf的输入没有设置的LCD中，我们可以通过将输出指向 /dev/tty1 来实现LCD屏幕的打印，比如测试屏幕输出hello linux:

echo hello linux > /dev/tty1

2.4 其它问题

2.4.1 自动熄屏的问题

当没有操作LCD屏幕一段时间后，屏幕会自动黑屏，这时可以通过接入键盘按下回车键进行唤醒（也可以通过板子的ON/OFF按键进行唤醒，因为该按键也被赋予了回车键的功能）。

这个时间是在Linux源码的 drivers/tty/vt/vt.c中设置的，默认是10分钟（10*60秒）。

如果想让屏幕一直亮着，可以将改值设为0，并重新编辑Linux内核得到zImage，然后用新的zImage启动开发板。

如果不想修改zImage，另外一种方式可以创建一个开机启动的应用程序来控制屏幕不熄灭，lcd_always_on.c的内容为：

#include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <sys/ioctl.h> 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中编译该程序，然后将可执行程序拷贝到板子的根文件系统中：

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中设置该程序开机自启动即可。

保存后，重启开发板，屏幕就不会自动熄屏了。