JZ2440 第13章 LCD控制器(2)

13.2 TFT LCD显示实例

13.2.1 程序设计

    本实例的目的是从串口输出一个菜单，从中选择各种方法进行测试，比如画线、

画圆、显示单色、使用调色板等。

13.2.2 代码详解

    本实例源码在/work/hardware/lcd目录下，与LCD相关的代码有3个文件：lcddrv.c、

framebuffer.c和lcdlib.c(及相应的头文件)。

    （1）lcddrv.c封装了对LCD控制器、调色板的访问函数，可以设置LCD的显示模式、

开启/关闭LCD、设置调色板等。

    （2）framebuffer.c直接操作帧缓冲区，实现画点、画线、画同心圆、清屏等函数。

    （3）lcdlib.c调用前两个文件提供的函数在LCD上进行各种操作。

    程序的结构如图13.8所示。

1.main.c

main.c的代码很简单，其主体如下：

1

c = getc();

2

printf("%c\n\r", c);

3

switch(c)

4

{

5

    case '1':

6

    {

7

        Test_Lcd_Tft_8Bit_240320();

8

        break;

9

    }

10

​

11

    case '2':

12

    {

13

        Test_Lcd_Tft_16Bit_240320();

14

        break;

15

    }

16

17

    case '3':

18

    {

19

        Test_Lcd_Tft_8Bit_640480();

20

        break;

21

    }

22

23

    case '4':

24

    {

25

        Test_Lcd_Tft_16Bit_640480();

26

        break;

27

    }

28

}

    它根据串口的输入选择是以哪种显示模式操作LCD，所调用的4个函数都在lcdlib.c中实现。

2.lcdlib.c

    8BPP模式将用到调色板，其操作比16BPP模式稍复杂，但大部分仍相似。下面以

Test_Lcd_Tft_8Bit_240320为例进行说明。

1

行号

2

11行/*

3

12行 *以240x320、8BPP的显示模式测试TFT LCD

4

13行 */

5

14行void Test_Lcd_Tft_8Bit_240320(void)

6

15行{

7

16行    Lcd_Port_Init();                    //设置LCD引脚

8

17行    Tft_Lcd_Init(MODE_TFT_8BIT_240320); //初始化LCD控制器

9

18行    Lcd_PowerEnable(0, 1);              //设置LCD_PWREN有效，它用于打开LCD的电源

10

19行    Lcd_EnvidOnOff(1);                  //使能LCD控制器输出信号

    第16行设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。

    第17行调用Tft_Lcd_Init函数初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、

LCD显示模式、帧缓冲区的地址等，它是lcddrv.c中最复杂的函数，在后面会详细分析这个

函数。

    进行第16、17行的初始化之后，只要打开lcd，帧缓冲区中的数据就会被LCD控制器

自动地发送到LCD上去显示。打开操作由18、19行完成。

    第18行发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用其打开过关

闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。

    第19行使能LCD控制器输出信号。这时，帧缓冲区中数据就开始在LCD上显示出来了。

    接下来就是按照设定的流程进行各类操作了，比如画线、清屏等，代码如下：

1

Lcd_Palette8Bit_Init();    //初始化调色板

2

ClearScr(0x0);             //清屏

3

printf("[TFT 64K COLOR(16bpp) LCD TEST]\n");

4

​

5

printf("1. Press any key to draw line\n");

6

get();

7

DrawLine(0  , 0  , 239, 0  , 0);    //颜色为DEMO256pal[0]

8

DrawLine(0  , 0  , 0  , 319, 1);    //颜色为DEM0256pal[1]

9

DrawLine(239, 0  , 239, 319, 2);    //... 

10

DrawLine(0  , 319, 239, 319, 4); 

11

DrawLine(0  , 0  , 239, 319, 8); 

12

DrawLine(239, 0  , 0  , 319, 16); 

13

DrawLine(120, 0  , 120, 319, 32); 

14

DrawLine(0  , 160, 239, 160, 64); 

15

​

16

printf("2. Press any key to draw circles\n");

17

getc();

18

Mire();

19

​

20

printf("3. Press any key to fill the screem with one color\n");

21

getc();

22

ClearScr(128);    //输出单色图像，颜色值等于DEMO256pal[128]

23

​

24

printf("4. Press any key to fill the screem by temporary palette\n");

25

getc();

26

ClearScrWithTmpPlt(0x0000ff);        //输出单色图像，颜色为蓝色

27

​

28

printf("5. Press any key to fill the screem by palette\n");

29

getc();

30

DisableTmpPlt();                     //关闭临时调色板寄存器

31

ChangePalette(0xffff00);             //改变整个调色板为黄色，输出单色图像

32

​

33

printf("6. Press any key to stop the testing\n");

34

getc();

35

Lcd_EnvidOnOff(0);

36

}

    将上面的函数分成3类：

（1）清屏函数ClearScr、画线函数DrawLine，都是通过framebuffer.c中的PutPixel函数

来设置帧缓冲区的数据，以像素为单位修改颜色来实现的。

（2）Lcd_Palette8Bit_Init函数：设置调色板，ChangePalette函数：通过设置调色板来

实现清屏功能，不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现。

 （3）ClearScrWithTmpPlt函数：通过临时调色板寄存器来快速地输出单色的图像，也

不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现

    lcddrv.c、framebuffer.c文件中各个函数才是本实例的关键。可以认为lcddrv.c是对操作

各寄存器的封装，framebuffer.c则是对操作图像数据的封装。先看lcddrv.c文件

3.lcddrv.c

    这个文件中函数的重点在于Tft_Lcd_Init、Lcd_Palette8Bit_Init。

（1）Lcd_Port_Init函数。

    设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。

（2）Tft_Lcd_Init函数。

    初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、LCD的显示模式、帧缓冲区的地址等。

    首先是对5个控制寄存器LCDCON1~5的设置，代码如下：

1

/*

2

 *初始化LCD控制器

3

 *输入参数：

4

 *type:显示模式

5

 *   MODE_TFT_8BIT_240320:240*320  8bpp的TFT LCD

6

 *   MODE_TFT_16BIT_240320:240*320 16bpp的TFT LCD

7

 *   MODE_TFT_8BIT_640480:640*480  8bpp的TFT LCD

8

 *   MODE_TFT_16BIT_640480:640*480 16bpp的TFT LCD

9

 */

10

void Tft_Lcd_Init(int type)

11

{

12

    switch(type)

13

    {

14

        case MODE_TFT_8BIT_240320:

15

            /*

16

            *设置LCD控制器的控制寄存器LCDCON1~5

17

            *1.LCDCON1

18

            *    设置VCLK的频率：VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1) x 2]

19

            *    选择LCD类型：TFT LCD

20

            *    设置显示模式：8BPP

21

            *    先禁止LCD信号输出

22

            *2.LCDCON2/3/4

23

            *    设置控制信号的时间参数

24

            *    设置分辨率，即行数和列数

25

            *现在，可以根据公式算出显示器的分辨率

26

            *当HCLK = 100MHz时，

27

            *Frame Rate = 1/[{(VSPW+1) + (VBPD+1) + (LIINEVAL+1) + (VFPD+1)} x

28

            *                {(HSPW+1) + (HBPD+1) + (HFPD+1) + (HOZVAL+1)} x

29

            *                {(2x(CLKVAL+1)/(HCLK))}]

30

            *           = 60Hz

31

            *3.LCDCON5

32

            *    设置显示模式为8BPP时，调色板中的数据格式为5:6:5

33

            *    设置HSYNC、VSYNC脉冲的极性(这需要参考具体的LCD的接口信号)：反转字节交换使能

34

            */

35

    LCDCON1 = (CLKVAL_TFT_240320 << 8) | (LCDTYPE_TFT << 5) | \

36

              (BPPMODE_8BPP << 1) | (ENVID_DISABLE << 0);

37

    LCDCON2 = (VBPD_240320 << 24) | (LINEVAL_TFT_240320 << 14) | \

38

              (VFPD_240320 << 6) | (VSPW_240320);

39

    LCDCON3 = (HBPD_240320 << 19) | (HOZVAL_TFT_240320 << 8) | (HFPD_240320);

40

    LCDCON4 = HSPW_240320;

41

    LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565 << 11) | (HSYNC_INV << 9) | (VSYNC_INV << 8) | \

42

              (BSWP << 1);

    时间参数VSPW、VBPD、VFPD、HSPW、HBPD、HFPD、CLKVAL的设置可以

从LCD数据手册了解到，或使用经验值，或自行调整，并根据上面的公式确认显示频

率在60Hz左右或之上。

    接下来是地址寄存器LCDSADDR1~3的设置，请参考图13.7帧内存与视图的位置关

系。在本程序中，帧内存与视图吻合，即图中的OFFSIZE为0，LCDBANK、LCDBASEU

指向同一个地址(它们是同一个地址的不同位)。

    需要注意的是，8BPP的显示模式要用到调色板，帧缓冲区中的数据不是颜色值，而

是调色板中的索引值，真正的颜色值在调色板中。

    代码如下：

1

行号

2

78行 /* 

3

79行  *设置LCD控制器的地址寄存器：LCDSADDR1~3

4

80行  *帧内存与视口(view point)完全吻合

5

81行  *图像数据格式如下(8BPP时，帧缓冲区中的数据为调色板中的索引值)：

6

82行  *                |--------- PAGEWIDTH ----------|

7

83行  *      y/x  0    1    2       239

8

84行  *       0   idx  idx  idx ... idx

9

85行  *       1   idx  idx  idx ... idx

10

86行  *1.LCDSADDR1

11

87行  *    设置LCDBANK、LCDBASEU

12

88行  *2.LCDSADDR2

13

89行  *    设置LCDBASEL：帧缓冲区的结束地址A[21:1]

14

90行  *3.LCDSADDR3

15

91行  *    OFFSIZE等于0，PAGEWIDTH等于(240/2)

16

92行  */

17

93行    LCDSADDR1 = ((LCDFRAMEBUFFER >> 22) << 21) | LOWER21BITS (LCDFRAMEBUFFER >> 1);

18

94行    LCDSADDR2 = LOWER21BITS((LCDFRAMEBUFFER+ \

19

95行                (LINEVAL_TFT_240320 + 1) x (HOZVAL_TFT_240320 + 1) x 1) >> 1);

20

96行    LCDSADDR3 = (0 << 11) | (LCD_XSIZE_TFT_240320/2);

21

97行

    第93行将帧缓冲区的开始地址写入LCDSADDR1寄存器。

    第94行先计算帧缓冲区的结束地址，再取其位[21:1]存入LCDSADDR2中。这个地址值

在本实例中即是“LCDFRAMEBUFFER+320x240x1”，其中的“x1”表示在8BPP中一个像素

使用1个字节表示(对于16BPP，就是“x2”)。

    在设置寄存器的最后，禁止临时调色板寄存器，现在还没用到它。

1

行号

2

98行 /*禁止临时调色板寄存器*/

3

99行 TPAL = 0;

4

100行

    最后，将显示模式的主要参数记录下来，在framebuffer.c中需要用到。

1

101行 fb_base_addr = LCDFRAMEBUFFER;

2

102行 bpp = 8;

3

103行 xsize = 240;

4

104行 ysize = 320;

5

105行

    其他显示模式的寄存器设置非常相似，不再赘述。

    需要说明的是，显示模式为8BPP时，LCDCON5中BSWAP位设为1，表示“字节交换

使能”，这时帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.6所示；

    显示模式为16BPP时，LCDCON5中HWSWAP位设为1，表示“半字交换使能”，这时

帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.5所示。它们都是“低地址的数据”对

应“位置靠前”的像素。

（3）Lcd_Palette8Bit_Init函数。

    设置调色板上的数据：调色板大小为256x16，而8BPP模式中每个像素的索引值占据8

位，刚好有256个索引值。代码如下：

1

行号

2

296行 /*

3

297行  *设置调色板

4

298行  */

5

299行 void Lcd_Palette8Bit_Init(void)

6

300行 {

7

301行    int i;

8

302行    volatile unsigned int *palette;

9

303行

10

304行    LCDCON5 |= (FORMAT8BPP_565 << 11);        //设置调色板中数据格式为：5:6:5

11

305行

12

306行    palette = (volatile unsigned int *)PALETTE;

13

307行    for(i = 0; i < 256; i++)

14

308行        *palette++ = DEMO256pal[i];

15

309行 }

16

310行 

    调色板中用16BPP的格式表示颜色。

    第307、308行将数组DEMO256pal中数据写入调色板。这个数组中的数据没有

什么特别之处，读者可以自行构造。

（4）ChangePalette函数。

    以给定的颜色值填充整个调色板，代码如下：

1

行号

2

311行 /*

3

312行  *改变调色板为一种颜色

4

313行  *输入参数：

5

314行  *    color:颜色值，格式为0xRRGGBB

6

315行  */

7

316行 void ChangePalette(UINT32 color)

8

317行 {

9

318行     int i;

10

319行     unsigned char red, green, blue;

11

320行     UINT32 *palette;

12

321行 

13

322行     palette = (UINT32 *)PALETTE;

14

323行     for(i = 0; i < 256; i++)

15

324行     {

16

325行         red   = (color >> 19) & 0xff;

17

326行         green = (color >> 10) & 0xff; 

18

327行         blue  = (color >> 3)  & 0xff;

19

328行         color = (red << 11) | (green << 5) | blue;    //格式：5:6:5

20

329行 

21

330行         while((LCDCON5 >> 16) == 2);                  //等待直到VSTATUS不为“有效”

22

331行         *palette++ = color;

23

332行     }

24

333行 }

25

334行 

    第330行检测当前VSYNC信号的状态，如果它处于有效的状态，则等待。前面说过，

读写调色板时，VSTATUS、HSTATUS不能处于有效状态。这里当VSTATUS不是“有效”

状态时，HSTATUS也不可能是“有效”状态。

（5）Lcd_PowerEnable函数。

    用于控制是否发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用

LCD_PWREN来打开或关闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。代码如下：

1

/*

2

 *设置是否输出LCD电源开关信号LCD_PWREN

3

 *输入参数：

4

 *    invpwren:0表示LCD_PWREN有效时为正常极性

5

 *             1表示................反转极性

6

 *    pwren   :0表示LCD_PWREN输出有效

7

 *             1表示LCD_PWREN输出无效

8

 */

9

void Lcd_PowerEnable(int invpwren, int pwren)

10

{

11

    GPGCON  = (GPGCON  & (~(3 << 8))) | (3 << 8);    //GPG4用于LCD_PWREN

12

    GPGUP   = (GPGUP   & (~(1 << 4))) | (1 << 4);    //禁止内部上拉

13

14

    LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 5))) | (invpwren << 5);    //设置LCD_PWREN的极性：正常/反转

15

    LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 3))) | (pwren    << 3);    //设置是否输出LCD_PWREN

16

}

（6）Lcd_EnvidOnOff函数

    用于控制是否使能LCD控制器输出各个LCD信号，当设置如控制寄存器、地址寄存器

之后，即可调用此函数输出各个LCD信号，这样，帧缓冲区中的数据即发送给LCD。代码如下：

1

/*

2

 *设置LCD控制器是否输出信号

3

 *输入参数：

4

 *onoff：

5

 *    0：关闭

6

 *    1：打开

7

 */

8

void Lcd_EnvidOnOff(int onoff)

9

{

10

    if(onoff == 1)

11

        LCDCON1 |= 1;          //ENVID ON

12

    else

13

        LCDCON1 &= 0x3fffe;    //ENVID OFF

14

}

（7）ClearScrWithTmpPlt、DisableTmpPlt函数。

    参考13.13TPAL寄存器格式，ClearScrWithTmpPlt函数设置颜色值并使能TPAL寄

存器，这使得LCD上显示单一颜色图像。DisableTmpPlt函数停止TPAL寄存器的功能，

继续输出帧缓冲区的图像。它们的代码如下：

1

/*

2

 *使用临时调色板寄存器输出单色图像

3

 *输入参数：

4

 *    color：颜色值，格式为0xRRGGBB

5

 */

6

void ClearScrWithTmpPlt(UINT32 color)

7

{

8

    TPAL = (1 << 24) | ((color & 0xffffff) << 0);

9

}

10

​

11

/*

12

 *停止使用临时调色板寄存器

13

 */

14

void DisableTmpPlt(void)

15

{

16

    TPAL = 0;

17

}

4.framebuffer.c

    此文件有4个函数：画点PutPixel、画线DrawLine、绘制同心圆Mire、清屏ClearScr，

后3个函数都是基于PutPixel函数实现的。画点函数时framebuffer.c文件的核心，它在

帧缓冲区中找到给定坐标的像素的内存，然后修改它的值，代码如下：

1

行号

2

8行  extern unsigned int fb_base_addr;

3

9行  extern unsigned int bpp;

4

10行 extern unsigned int xsize;

5

11行 extern unsigned int ysize;

6

12行 

7

13行 /*

8

14行  *画点

9

15行  *输入参数：

10

16行  *    x、y：像素坐标

11

17行  *    color：颜色值

12

18行  *    对于16BPP：color的格式为0xAARRGGBB(AA = 透明度)，

13

19行  *    需要转换为5:6:5格式

14

20行  *    对于8BPP：color为调色板中索引值，

15

21行  *    其颜色取决于调色板中的数值

16

22行  */

17

23行 void PutPixel(UINT32 x, UINT32 y, UINT32 color)

18

24行 {

19

25行     UINT8 red, green, blue;

20

26行     

21

27行     switch(bpp){

22

28行          case 16:

23

29行             {

24

30行             UINT16 *addr = (UINT16 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);

25

31行             red   = (color >> 19) & 0xff;

26

32行             green = (color >> 10) & 0xff; 

27

33行             blue  = (color >> 3)  & 0xff;

28

34行             color = (red << 11) | (green << 5) | blue;    //格式：5:6:5

29

35行             *addr = (UINT16)color;

30

36行             break;

31

37行              }

32

38行 

33

39行          case 8:

34

40行             {

35

41行             UINT8 *addr = (UINT8 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);

36

42行             *addr = (UINT8)color;

37

43行             break;

38

44行             }

39

45行 

40

46行          default:

41

47行             break;

42

48行     }

43

49行 }

44

50行 

    第8~11行的4个变量在lcddrv.c中的Tft_Lcd_Init函数中设置，PutPixel函数根据它们

来确定给定坐标的像素在帧缓冲区中的地址。

    对于16BPP模式，每个像素占2字节；对于8BPP模式，每个像素占1字节。

    对于16BPP模式，第31~34行从0xAARRGGBB格式的color变量中，提取8位红色值

的高5位、8位绿色值的高6位、8位蓝色值的高5位组成5:6:5格式的16BPP颜色值。

    最后，第35、42行将颜色值(对于8BPP模式，为调色板的索引值)写入帧缓冲区中，

这样，下一次显示时，新颜色即可显示出来。

13.2.3 实例测试

    本程序在main函数中通过串口输出一个菜单，用于选择LCD的显示模式进行测试。

实验步骤如下：

    （1）使用串口连接开发板和PC，打开PC上串口工具并设置为115200、8N1.

    （2）在LCD目录下执行make命令生成lcd可执行程序，烧入NAND Flash后运行。

    （3）在PC串口工具上，可以看到如下菜单：

            #### Test TFT LCD ####

            [1] TFT240320 8Bit

            [2] TFT240320 16Bit

            [3] TFT640480 8Bit

            [4] TFT640480 16Bit

            Enter your selection:

    （4）可以输入1、2、3或4，然后按照提示输入任意键可一步一步地观察到LCD中图像

的变化。

    （5）最后又会出现第（3）步骤的菜单，可以再次选择。

附：代码：

链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab