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Linux驱动学习日记(27) LCD 驱动

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Linux 下的 LCD 驱动简析

Framebuffer 设备

  在裸机中，LCD 驱动编写流程如下：
  1、初始化 IMX6U 的 eLCDIF 控制器，重点是 LCD 屏幕的宽高、hspw、hbf、hfp、vspw、vbp 和 vfp 等信息。
  2、初始化 LCD 像素时钟。
  3、设置 RGBLCD 显存。
  4、应用程序直接通过操作显存来操作 LCD，实现在 LCD 上显示字符、图片等信息。
  在 Linux 中应用程序最终也是通过操作 LCD 的显存来实现在 LCD 显示的。在裸机中我们可以随意的分配内存，但是在 Linux 中，内存的管理很严格，显存需要申请，不是想用就能用的。而且因为虚拟内存的存在，驱动程序设置的显存和应用程序访问的显存还是同一片物理内存。
  为了解决上述问题，Framebuffer 诞生了，这个词翻译过来就是帧缓冲，简称 fb。fb 是一种机制，将系统中所有跟显示有关的硬件以及软件全部集合起来，虚拟出一个 fb 设备，当我们编写好 LCD 驱动后会生成一个名为 /dev/fbX 的设备，应用程序通过访问这个设备就可以访问 LCD。NXP 官方的 Linux 内核默认开启了 LCD 驱动，因此我们可以看到 /dev/fb0 这样一个设备：

图 1 fb设备存在

  /dev/fb0 就是 LCD 对应的设备文件，这也是个字符设备，所以肯定也有 file_operations 操作集，fb 的 file_operations 定义在 drivers/video/fbdev/core/fbmem.c 文件中，如下所示：

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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,
#if defined(HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA) || \
    (defined(CONFIG_FB_PROVIDE_GET_FB_UNMAPPED_AREA) && \
     !defined(CONFIG_MMU))
    .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
#endif
#ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
    .fsync =    fb_deferred_io_fsync,
#endif
    .llseek =    default_llseek,
};

DRM 驱动

  在现代 Linux 版本中，DRM 是 Linux 内核中最新的显示子系统框架，其作用为统一管理 GPU、LCD、HDMI、显示控制器等等，其在内核中的位置为 drivers/gpu/drm，它解决了旧 fb 系统只能单屏、没有图层、不能热插拔、没有 GPU 管理等问题。

  DRM 不再只管理 framebuffer，而是管理整个显示管线。其流程如下：

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应用程序
    │
    ▼
Framebuffer
    │
    ▼
Plane(图层)
    │
    ▼
CRTC(扫描控制器)
    │
    ▼
Encoder
    │
    ▼
Connector
    │
    ▼
显示设备(LCD/HDMI)

  DRM 的五个核心对象如下：
  1、Framebuffer：就是原来的图像缓冲区，应用程序写入像素。
  2、Plane：显示图层，例如 背景图层、UI 图层、视频图层 等等。很多 SoC 有多个 plane
  3、CRTC：显示控制器，负责扫描 framebuffer、生成时序、输出像素等等。
  4、Encoder：它负责像素信号的转换，比如从 RGB 到 HDMI。
  5、Connector：表示物理接口，例如 HDMI、LCDS、DSI、RGBLCD 等等。
  DRM probe 函数流程如下：

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probe()
   │
   ▼
创建 drm_device
   │
   ▼
初始化 KMS
   │
   ▼
注册 DRM

  其中 KMS 表示内核设置显示模式，包括了分辨率、刷新率、颜色格式等等。

修改设备树

  正如前面所说，6ULL 的 eLCDIF 接口驱动程序已经写好了，因此 LCD 驱动部分我们不需要去修改，我们只需要根据 LCD 所使用的 LCD 参数来修改设备树。重点注意三个地方
  ①、LCD 所使用的 IO 配置。
  ②、LCD 屏幕节点修改，修改相应的属性值，切换到我们所使用的 LCD 屏幕参数。
  ③、LCD 背光节点修心修改，要根据实际所使用的背光 IO 来修改相应的设备节点信息。

LCD 屏幕 IO 配置

  首先检查设备树中 LCD 所使用的 IO 配置，这个其实 NXP 已经写好，我们无需修改，内容如下：

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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
        /* used for lcd reset */
        MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER9__GPIO5_IO09  0x79
    >;
};

LCD 屏幕参数节点信息修改

  在 imx6ull-hcw-emmc.dtsi 文件中找到 lcdif 节点，内容如下：

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&lcdif {
    assigned-clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PRE_SEL>;
    assigned-clock-parents = <&clks IMX6UL_CLK_PLL5_VIDEO_DIV>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat
                &pinctrl_lcdif_ctrl>;
    status = "okay";

    port {
        display_out: endpoint {
            remote-endpoint = <&panel_in>;
        };
    };
};

  这段代码中，port{} 这一段是 DRM / OF graph 连接方式的核心，它不再像老的 fbdev 一样直接在 lcdif 节点内部写 display-timings，它将 lcdif 的输出口，通过 endpoint 连到 panel 的输入口。
  找到 panel 节点，如下所示:

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panel {
    compatible = "innolux,at043tn24";
    backlight = <&backlight_display>;

    port {
        panel_in: endpoint {
            remote-endpoint = <&display_out>;
        };
    };
};

  但是我们并没有找到对应的硬件参数啊，在哪里呢？可以看到这个节点的 compatible 被设置为了 “innolux,at043tn24”，在 panel-simple.c 文件中我们找到了对应的参数：

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static const struct drm_display_mode innolux_at043tn24_mode = {
    .clock = 9000,
    .hdisplay = 480,
    .hsync_start = 480 + 2,
    .hsync_end = 480 + 2 + 41,
    .htotal = 480 + 2 + 41 + 2,
    .vdisplay = 272,
    .vsync_start = 272 + 2,
    .vsync_end = 272 + 2 + 10,
    .vtotal = 272 + 2 + 10 + 2,
    .flags = DRM_MODE_FLAG_NHSYNC | DRM_MODE_FLAG_NVSYNC,
};

static const struct panel_desc innolux_at043tn24 = {
    .modes = &innolux_at043tn24_mode,
    .num_modes = 1,
    .bpc = 8,
    .size = {
        .width = 95,
        .height = 54,
    },
    .bus_format = MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24,
    .connector_type = DRM_MODE_CONNECTOR_DPI,
    .bus_flags = DRM_BUS_FLAG_DE_HIGH | DRM_BUS_FLAG_PIXDATA_DRIVE_POSEDGE,
};

  然而我们现在需要适配自己的 RGB 屏幕，最直接的做法就是改成从设备树读取，我们将 panel 节点改成如下所示：

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panel {
    compatible = "panel-dpi";
    backlight = <&backlight_display>;
    status = "okay";

    port {
        panel_in: endpoint {
            remote-endpoint = <&display_out>;
        };
    };

    panel-timing {
        clock-frequency = <33000000>;
        hactive = <800>;
        vactive = <480>;
        hfront-porch = <8>;
        hback-porch = <4>;
        hsync-len = <41>;
        vfront-porch = <4>;
        vback-porch = <2>;
        vsync-len = <10>;

        hsync-active = <0>;
        vsync-active = <0>;
        de-active = <1>;
        pixelclk-active = <0>;
    };
};

  编译设备树，替换并重启内核，可以看到 LCD 屏幕启动成功！

图 2 fb参数