基于ARM9&Linux的液晶驱动终端设计

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1 引言 2 系统组成及工作原理 3 系统主要硬件模块设计 3．1 arm9微控制器 3．2 液晶驱动接口 3．3 CF卡存储接口 4 软件设计 4．1 整体软件架构 4．2 Framebuffer驱动的实现 4．3 应用程序 5 结语


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在应用程序设计中，使用多线程可更好的协调串 口接收、图像显示、数据存储以及超时处理等操作。 终端中基于POSIX的应用程序由图形显示与串口命 令解析组成，由于Linux操作系统中不同的线程之 间可通过全局变量传递参数，应用程序中使用了一 个全局的循环FIFO作为两个线程之间的命令缓冲区， 采用两个静态数据缓冲区用于存放串口传来的图像 数据资源，数据缓冲区大小与LCD分辨率和像素深 度有关。命令循环FIFO管理结构如下所示。


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3．1 arm9微控制器 系统采用ATMEL公司的AT91RM9200作为MCU， 该处理器基于arm920T内核，工作主频为180MHz， 性能高达200MVVs。AT91RM9200包括一个高速片上 SRAM工作区及一个低等待时间的外部总线接口(EBI)， SRAM (EBI) 完成片外存储器和内部存储器映 射外设配置的无缝连接。EBI中设计专用电路以便 SmartMedia、ComDact Flash及NAND F1ash连接。 系统使用一片MT公司的28F128J3型16 MB NOR Flash，用于存储Linux内核与根文件系统，使用2片 HY57V281620来组成32位SDRAM接口。

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在图形界面的设计中需要运用到位图、字库等数据资源，系统通 过FAT文件系统管理CF中数据，并且通过PC机将数据直接拷贝至CF 卡。AT91RM9200与CF卡硬件接口连接如图3所示。

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目前，该终端可成功驱动SHARP LQ035Q3DG01、LQl04-V1DG21等多种分辨率 18 bit接口LCD，并在某纺织厂的细纱机车速监控 仪中得到应用。使用该终端可降低人机界面的设计 难度，提高仪器仪表的开发效率，并且可进一步扩 展网络视频播放及网络命令接口等功能，具有良好 的市场前景和使用价值。

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系统主要有arm9微控制器、存储单元、LCD控 制器、CF卡接口与RS422通信接口组成，系统组成 框图如图l所示。工作流程：系统上电后，arm9微 控制器从NOR FlashRAM中，律压完成后， 启动Linux内核并挂载根文件系统；当软件环境初 始化完成后启动应用程序，开始接收串口命令，应 用程序接收到有效的串口命令后，图形界面数据通 过Fmmebuffer接口传送给LCD控制器。
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液晶驱动终端是将液晶控制器、微控制器等集成在一起．并将 液晶控制与图形界面显示等功能通过软件封装在一起．为用户开 放操作接口、屏蔽液晶显示器的控制细节，使用户通过熟悉的接 口（如RS232接口)发送预定义命令即可控制液晶显示，进行图形 界面开发工作。 目前．已有的液晶驱动终端主要采用微控制器与前、后台软件 结合的方法进行设计，该类终端只能够显示字模方式的图片．该 种类型的终端显示数据存放在自带的NANDFlash中,在人机界面设 计过程中对NAND Flash中的数据管理是以扇区为基本操作单元， 图片下载需要专用的软件工具完成,增加了界面设计的逻辑复杂性 与操作性。这里采用arm9微控制器与Linux操作系统结合的方法， 设计出一种新型的液晶驱动终端。该终端通过FAT文件系统管理 CF卡中数据资源，利用多线程技术实现串口命令解析与图型界面 的显示,不仅能够显示字模与图片等数据资源，而且利用该设计方 法可以实现调用MiniGUI图型库等资源，适用于工业测控、智能仪 表等领域的人机界面设计。

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系统中，基于Framebuffer的设备被映射为／ dev／fb0文件，应用程序启动后，首先调用open() 函数打开设备，然后调用 mmap()函数将显存影射 到用户空间开辟的数据缓冲区内，初始化命令缓冲 队列后， 启动串口命令接收，接收到有效的串口命令后则执 行相应的显示操作。

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将驱动文件添加至Linux根目录下的drivers＼ vide0目录中，并在当前目录下makefile文件中添 加obi一$(CONFIG FBS1D13506)+=sldl3506fb．O，在 Config．ini文件中添加 boolSldl3506'CONFIG_FB_EPSON，在Linux移植 过程中可将驱动程序静态编译到内核中。若要使 MiniGUl支持Frame-buffer，需将MiniGUI．efg 文件中GAL引擎设为Framebuffer,如 gal_engine=fbcon。

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Framebuffer是Linux内核中的一种驱动程序接口．这种 接El将显示设备抽象为帧缓冲区。在应用程序中．将其映射 到进程地址空间开辟的存储区域中，通过对存储区域进行的 数据读写操作可以直接的反映在LCD上。在Linux2．4版本 的内核中，Framebuffer被抽象为linux＼drivers＼vide0 下的fbcon．c文件，其主要依靠fb_info、 fb_var_screeninfo、fb_fix_screeninfo3个数据结构，这 些结构定义在include／Linux／fb．h程序内。 S1D13506基于Framebuffer的设备驱动程序主要完成 AT91RM9200 EBI总线的配置工作、S1D13506内部寄存 器的初始化及Frambuffer中预定义的数据结构的填充。系 统中使用的驱动程序是对EPSON公司S1D13xxx系列显示控 制器件Linux驱动程序修改完成。其初始化函数示意性代码 如下：

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int sldl3506fb_init() { init_9200_bank()； ／／初使化AT9lRM9200EBI总线 fb_info．RegAddr=(unsigned char*)ioremap_nocache(Ox300000000，0x200000)； fb_jnfo．VmemAddr=(unsigned char*)ioremap_nocache(0x30200000，Ox200000)； //将S1D13506的寄存器与显示存储的线性地址空间保存到 显卡状态结构体 setsIdl3506_reg()；//配置S1D13506显卡寄存器，并填 充显卡状态数据结构 register_framebuffer(&fb_info．gen．info)；||注豫 framebuffer,初始化完成 }

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系统选用EPSON公司的显示控制器件S1D13506用于控制LCD 的图像数据显示。S1D13506可与多种CPU总线兼容，支持最高 为16位数据宽度的LCD接口．可以在TFTLCD、CRT最高显示64 K颜色。它配置一个16位内存接口，支持最高2 MB的EDODRAM。系统中将S1D13506连接在AT91RM9200的BANK 3， 数据总线宽度为16位．地址线A21与S1D13506M／R引脚相连， 用于选择访问寄存器与显存。AT91RM9200访问S1D13506显存 起始地址为0x30200000．寄存器起始地址为0x30000000。使 用了GM71V18163型2MBDRAM作为显示存储，AT91RM9200 通过访问S1D13506数据地址空间，实现对DRAM的数据存储操 作，使用50 MHz的有源晶振作为DRAM的总线时钟，25 MHz有 源晶振作为LCD的像素时钟信号，支持640x480 60 HzTFT LCD 显示，LCD行、场同步信号由S1D13506内部通过对25 MHz像素 时钟分频得出。LCD显示控制硬件接口电路如图2所示。

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4．1 整体软件架构 系统软件可以使用Linux、VxWorks等操作系统，也可使 用从直接操作低层硬件的前、后台软件。使用前、后台方式 的软件虽然能够实现对硬件的充分利用，但使用操作系统增 强了系统的可维护性与扩展性。系统在运行和使用过程中需 要管理CF卡中的数据以及应用程序需要多线程支持，众多操 作系统中，开源的Linux操作系统具有较为完善的文件系统 与网络协议族，并且能较好的支持多线程程序，可满足设计 需求。该系统使用的Linux内核版本为2.4．2l，交叉编译工 具链为arm-Linux-cross-2．95．3。系统软件架构如图4 所示。系统中，无论应用程序调用POSIX接口直接控制LCD 显示还是通过MiniGUI间接控制LCD，最终都要调用相应的 液晶控制器驱动接口函数，因此如何设计出一个S1D13506 特殊硬件的驱动程序是整个软件设计的重点。