基于framebuffer技術的DVI顯示驅動程序的開發

引言

DVI是DigitalVisualInterface(數字視頻接口)的縮寫。在嵌入式電子領域，像DVI這樣的高清接口應用越來越多，很多嵌入式產品采用H．264視頻編碼技術，支持播放H．264格式的720P分辨率的視頻文件，這就需要至少1024×768分辨率的顯示輸出設備。

MX51是飛思卡爾半導體的基于ARMCortex-A8內核的高端ARM嵌入式多媒體處理器，支持720P視頻多種格式的硬解碼，可以用來開發高清機頂盒、上網本等產品，很多情況下需要集成DVI這樣的高清視頻端子。

在嵌入式電子產品中，Linux操作系統占有越來越多的市場份額。本文采用Linux2．6．28內核和MX51作為系統的軟、硬件平臺，詳細論述了基于framebtffer技術開發DVI顯示驅動程序的方法。1DVI概述

DVI接口只在一些高端顯示器上可以看到，一般常見的液晶顯示器只有VGA接口。VGA接口顯示的是模擬信號，而DVI接口顯示的是數字信號，它傳輸沒有經過壓縮的數字信號，最高速率可達4．9Gbps，對高清視頻顯示可以達到較好的保真度，減少模擬信號傳輸時的信號損失。

DVI基于TMDS(TransitionMinimizedDifferentialSignaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8位數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10位數據(包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等)，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據。DVI和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。2硬件接口

本設計采用的硬件平臺是基于飛思卡爾半導體的MX51多媒體應用處理器開發板。該處理器集成了多種外設接口，其中包括兩個液晶顯示控制器(LCDC)及其接口，可以連接各類LCD，分辨率最大支持1280×800像素。通過MX51的LCD1接口，外擴德州儀器公司的TFP410芯片實現DVI視頻輸出，MX51的高清720P視頻解碼能力需要較大分辨率的顯示輸出設備。圖1為MX51的LCD1接口與TFP410的連接圖。

圖1中的TX2±、TX1±、TX0±、TXC±信號是DVI視頻輸出信號4對，8個信號。DATA[23：0]是視頻數據輸入信號，對應MX51LCD1的DATA[23：0]；DE、VSYNC、HSYNC、IDCK±等時鐘信號分別對應LCD1的相應的引腳。SCL、SDA是I2C總線時鐘和數據信號，接MX51I2C接口的2個引腳。以上硬件電路連接，可實現MX51輸出高清視頻到DVI芯片，再通過外接LCD顯示。MX51處理器內部集成的LCD控制器包括如下主要寄存器：

①LSSAR寄存器。設置顯示緩沖區的首地址。

②LSR寄存器。設置顯示緩沖區的大小。

③LPCR寄存器。設置像素時鐘頻率PCD、同步時鐘極性FB_SYNC_CLK_INVERT、OE信號極性FB_SYNC_OE_ACT_HIGH、垂直信號時鐘極性FB_SYNC_VERT_HIGH_ACT、水平信號時鐘極性FB_SYNC_HOR_HIGH_ACT。

④LHCR寄存器。設置行同步信號的hsync_len、left_margin和right_margin。

⑤LVCR寄存器。設置幀同步信號的vsync_len、upper_margin和lower_margin。

⑥LPCCR寄存器。設置屏幕的顯示亮度，LPCCR的低8位控制PWM的脈沖高電平占空比，調節范圍為0x00～0xFF。3Linux的幀緩沖設備

3．1framebuffer機制

framebuffer(幀緩沖)是出現在Linux2．2．xx之后版本內核的一種驅動程序接口，在Linux體系中它居于上層應用程序和底層顯示設備之間。framebuffer屏蔽了不同顯示設備間的差異，將顯示設備抽象為幀緩沖區，它是一種供用戶態實現直接寫屏的抽象設備。

framebuffer可以看成是顯存的一個映像，用戶通過內存映射將其映射到進程的地址空間后，通過對顯示緩沖區的讀寫操作可直接控制LCD的屏幕輸出。

frameBuffer設備驅動主要基于linux／include／linux／fb．h和linux／drivers／video／fbmem．c這兩個文件。fb．h中包含了與幀緩沖設備相關的重要的數據結構。fbmem．c是framebuffer機制的核心程序，它為上層應用程序提供了通用接口，同時也為下層特定硬件提供了接口。其內的函數可對具體硬件進行操作，比如對寄存器進行設置，對顯示緩沖進行映射等。

3．2幾個重要的數據結構

(1)structfb_info

這個結構是Linux為幀緩沖區設備定義的驅動層接口，它包含了關于幀緩沖設備屬性和操作的完整描述，部分成員定義如下：

其中，var記錄用戶可以修改的顯示控制器參數，包括屏幕分辨率和每個像素的位寬等；fix記錄用戶不能修改的顯示控制器參數；cmap為當前的顏色表；fbops指向對底層硬件操作的函數集；dev表示幀緩沖設備；screen_base為I／O映射的虛擬基地址。

(2)structfb_ops

該結構提供了指向底層操作的函數指針，其成員函數最終與LCD控制器硬件打交道，這些函數需要驅動開發者根據LCD控制器的硬件設置及LCD顯示屏的硬件參數進行設計。該結構部分成員定義如下：

其中，fb_check_var用于檢查可變的屏幕參數，并調整其為硬件支持的值；fb_set_par根據屏幕參數設置具體讀寫LCD控制器的寄存器以使其進入相應的工作狀態，fb_setcolreg設置color寄存器來實現偽顏色表和顏色表的填充。

(3)structfb_var_screeninfo

這是fb_info的成員結構體。它記錄了幀緩沖設備和指定顯示模式的可修改信息，包括屏幕分辨率、每個像素的位寬、幀延時、行延時等。

(4)structfb_fix_screeninfo

這是fb_info的成員結構體，它描述顯示卡的屬性，并且在系統運行時不能被修改，例如緩沖區的首地址、長度等。當一種模式被設定后，內存信息由顯示卡硬件給出，內存的位置等信息就不可修改。

MX51將LCD控制器直接嵌入到處理器芯片內