S3C2400之LCD控制器详解一

1、LCD的种类

LCD（LiquidCrystal Display），即液晶显示器，是一种采用了液晶控制透光技术来实现色彩的显示器。LCD有多种类型：比如STN、TFT、LTPS、OLED等，各有优缺点。

2、LCD的接口

CPU或显卡发出的图像数据是TTL信号（0~5V、0~3.3V、0~2.5V或0~1.8V），LCD本身接收的也是TTL信号。但是TTL信号在高速率的长距离传输时性能不佳，抗干扰能力比较差，于是人们提出了多种接口，比如：LVDS、TDMS、GVIF等。它们实际上只是将CPU或显卡发出的TTL新红编码成个种信号便于传输，在LCD那边将接收到的信号进行解码得到TTL信号。市场上，大多数LCD都采用模拟信号接口，LCD需要先通过ADC将模拟信号转换为数字信号才能显示。

这里我们只介绍关于TFT LCD的TTL信号：

VSYNC：      垂直同步信号；

HSYNC：      水平同步信号；

HCLK:           像素时钟信号；

VD[23:0]:      24位数据信号

LEND：        行结束信号；

PWREN：    电源开关信号；

3、S3C2440LCD控制器介绍

对于TFTLCD

（1）、支持单色（1BPP）、4级灰度（2BPP）、16级灰度（4BPP）、256色（8PP）的调色板显示模式；

（2）、支持64K（16BPP）和16M（24BPP）色，非调色板显示模式；

（3）、支持分辨率640×480，320×240及其他多种规格的LCD；

（4）、虚拟屏幕最大可达4MB；

（5）、对于64K色，分辨率有2048×1024等多种。

4、S3C2440LCD控制器的内部结构如下图所示：

       REGBANK是LCD控制器的寄存器组，包含有17个寄存器以及一块256×16的调色板内存，用来设置各项参数。而LCDCDMA则是LCD控制器专用的DMA信道，可以自动地从系统总线（SystemBus）上取到图像数据，这使得显示图像时，不需要CPU的干涉。VIDPRCS将LCDCDMA中的数据组合成特定的格式（如：4位单扫、4位双扫、8位单扫），然后从VD[23:0]发送给LCD屏。同时TIMEGEN和LPC3600负责产生LCD屏所需的控制时序，例如：VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后从VIDEOMUX发送给LCD屏。其中，LPC3600专用于SECTFT LCD。

                             

       LCDCDMA 中有二个FIFO，FIFOH容量为16个字（1个字为4个字节），FIFOL容量为12个字。当使用“双扫”方式时，FIFOH、FIFOL分别用于传输上半屏、下半屏数据；当使用“单扫”方式时，只用到FIFOH。当FIFO为空或者其中的数据已经减少到设定的阈值时，LCDCDMA自动发起 DMA 传输从内存中获得图像数据。

5、显示器上数据的组织格式

    一幅图像被称为一帧（Frame），每帧由多行组成，每行由多个像素组成，每个像素由颜色使用若干位的数据来表示。对于256色显示器，每个像素由8位来表示，称为8PP。

    显示器从屏幕的左上方开始，一行一行地取得每个像素的数据并显示出来，当显示到一行的最右边时，跳到下一行的最左边开始显示下一行；当显示完所有行后，跳到最左上方，开始下一帧。显示器沿着“Z”字行的路线进行扫描，使用HSYNC表示：“是跳到最左边的时候了”，使用VSYNC表示：“是跳到最上边的时候了“。

      VSYNC 信号出现的频率表示一秒钟内能显示多收帧图像，称为垂直频率或场频率，这就是我们常说的”显示器的频率“；HSYNC信号出现的频率称为水平频率。

6、TFTLCD 的操作。

    刚才说了，每个VSYNC信号表示”一帧信号的开始“；每个HSYNC信号表示”一行数据的开始“；无论这些数据是否有效，每个VCLK信号表示正在传输一个像素的数据，无论它是否有效，数据是否有效只是对CPU的LCD控制器来说的，LCD根据VSYNC、HSYNC、VCLK不停地读取总线数据来显示。

下面详解LCD时序图，请参考下图；

（1）、VSYNC信号有效时，表示一帧数据的开始；

（2）、VSPW（垂直同步信号脉宽）表示VSYNC信号的脉冲宽度为 (VSPW+1)个 HSYNC信号周期，即（VSPW+1）行，

这个(VSPW+1)行的数据无效。

（3）、VSYNC信号脉冲之后，还要经历(VBPD+1)个HSYNC信号周期，有效的行数据才出现。所以，在VSYNC信号有效之后，总共还要经过（VSPW+1+VBPD+1）个无效行，这时第一个有效行才出现。

（4）、随后即连续发出（LINEVAL+1）行的有效数据；

（5）、最后是（VFPD+1）个无效行，完整的一帧数据就结束了。紧接着是下一个帧的数据了（即下一个VSYNC信号）

下面是深入到一行中像素数据的传输过程，它与上面行数据的传输过程相似。

（1）、HSYNC信号有效时，表示一行数据的开始；

（2）、HSPW（水平同步信号脉宽）表示HSYNC信号脉冲宽度为（HSPW+1）个VCLK信号周期，即（HSPW+1）个像素，这（HSPW+1）个像素的数据无效。

（3）、HSYNC信号脉冲之后，还要经过（HBPD+1）个VCLK信号周期，有效的像素数据才出现。所以，在HSYNC信号有效之后，总共还要经过（HSPW+1+HBPD+1）个无效的像素数据之后，第一个有效的像素才出现。

（4）、随后即连续发出（H0ZVAL+1）个像素的有效数据。

（5）、最后是（HFPD+1）个无效的像素，完整的一行结束，紧接着就是下一行的数据了（即下一个HSYNC信号）。

 

7、像素格式

     显示器上每个像素的颜色由3部分组成，Red、Green、Blue。比如可以根据颜色的浓烈程度将三原色都分成256个级别（0~255），则可以使用255级的红色、255级的绿色、255级的蓝色组合成白色，可以使用0级的红色、0级的绿色、0级的蓝色组合成黑色。

下面讲解16M（24BPP）、64K（16BPP）和256色（8PP）模式下，图像数据的存储格式。

（1）16M（24BPP）色

      16M（24BPP）的显示模式就是使用24位的数据来表示一个像素的颜色，每种颜色使用8位。LCD控制器从内存中获得某个像素的24位颜色值后，直接通过VD[23:0]数据线发送给LCD。为了方便DMA传输，在内存中使用4个字节来表示一个像素，其中3个字节从高到低分别表示红、绿、蓝，剩余的1个字节数据无效。是最低字节还是最高字节无效，这是可以选择的。

内存中像素的排列格式如下：

 

（2）64K（16BPP）色

      64K（16BPP）色的显示模式就是使用16位的数据来表示一个像素的颜色。这16位数据格式又分为两种：5:6:5，5:5:5:1，前者使用高5位来表示红色，中间6位来表示绿色，低5位来表示蓝色；后者的高15位从高到低分成3个5位来表示红色、绿色、蓝色，最低那位表示透明度。故，5:5:5:1的格式也被称为 RGBA格式（A:Alpha，表示透明度）

    一个4字节可以表示两个16BPP的像素，使用搞2字节还是低2字节来表示第一个像素，这也是可以选择的。

内存中像素的排列格式如下：

（2）、256色（8BPP）

      256色（8BPP）的显示模式就是在使用8位的数据来表示一个像素的颜色，但是三种颜色平均下来，每种颜色只能使用不到3位的数据来表示，每个原色最多不过8个级别，这不足以表示更丰富的颜色。

   为了解决8BPP 模式显示能力太弱的问题，需要使用调色板（即一块内存）。每个像素对应的8位数据不再用来表示RGB三种原色，而是表示它在调色板中国的索引值，要显示这个像素时，使用这个索引值从调色板中取得RGB颜色值。调色板是一块256×16的内存，使用16BPP的格式来表示256色（8BPP）显示模式下各个索引值的颜色。这样，即使使用256色（8BPP）的显示模式，最终出现在LCD数据总线上的仍是16BPP的数据。

   一个4字节可以表示4个8BPP的像素，字节与像素的对应顺序是可以选择的，如图所示：

内存中像素的排列格式如下：

    调色板中数据存放的格式与上面所描述的16BPP显示模式相似，也分为两种格式：5:6:5,5:5:5:1。调色板中数据的格式与LCD 数据线VD[23:0]是对应的。如下图所示：

        

       没有用到的数据线其电平为0，所以无论是24BPP模式还所是16BPP、8BPP模式，24根数据线VD[23:0] 都被用到了。事实上，一个TFT LCD 能处理的像素位宽是固定的，即它数据线的数目是固定的，红、绿、蓝 3类信号线总是连接到各字节中的高位；软件设置24BPP、16BPP、8BPP 以及调色板等，只会影响到色值的精度而已。

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   好了，由于LCD的内容比较多，我们分开二部分来讲解它，第二部分我们将要介绍的内容是LCD有关的控制寄存器。