0.前言
??LCD 是很常用的一個外設(shè)，通過 LCD 可以顯示圖片、界面UI等，提高人機交互的效率。STM32MP1 提供了一個 LTDC 接口用于連接 RGB 接口的液晶屏。本節(jié)就來學(xué)習(xí)如何使用這個接口。
一、LCD 和 LTDC 簡介
1.LCD 簡介
??LCD 全稱是 Liquid Crystal Display，也就是液晶顯示器，是現(xiàn)在最常用到的顯示器。網(wǎng)上對于 LCD 的原理解釋如下：
LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置 TFT(薄膜晶體管)，上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過 TFT 上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉(zhuǎn)動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。
現(xiàn)在要在 STM32MP1 開發(fā)板上使用 LCD，不需要去研究 LCD 的具體實現(xiàn)原理，只需要從使用的角度去關(guān)注 LCD 的幾個重要點：
1）分辨率
??提起 LCD 顯示器，我們都會聽到 720P、1080P、2K 或 4K 這樣的字眼，這個就是 LCD 顯示器分辨率。LCD 顯示器都是由一個個的像素點組成，像素點就類似一個燈(在 OLED 顯示器中，像素點就是一個小燈)，這個小燈是 RGB 燈，也就是由 R(紅色)、 G(綠色)和 B(藍色)這三種顏色組成的，而 RGB 就是光的三原色。1080P 的意思就是 LCD 屏幕上的像素數(shù)量是 19201080 個，也就是這個屏幕一列 1080 個像素點，一共 1920 列，如下圖所示：
X 軸就是 LCD 顯示器的橫軸，Y 軸就是顯示器的豎軸。圖中的小方塊就是像素點，一共有 19201080=2073600 個像素點。左上角的 A 點是第一個像素點，右下角的 C 點就是最后一個像素點。2K 就是 25601440 個像素點，4K 是 38402160 個像素點。很明顯，在 LCD 尺寸不變的情況下，分辨率越高越清晰。同樣的，分辨率不變的情況下，LCD 尺寸越小越清晰。比如常用的 24 寸顯示器基本都是 1080P 的，而
現(xiàn)在使用的 5 寸的手機基本也是 1080P 的，但是手機顯示細膩程度就要比 24 寸的顯示器要好很多！
由此可見，LCD 顯示器的分辨率是一個很重要的參數(shù)，但是并不是分辨率越高的 LCD 就越好。衡量一款 LCD 的好壞，分辨率只是其中的一個參數(shù)，還有色彩還原程度、色彩偏離、亮度、可視角度、屏幕刷新率等其他參數(shù)。
2）像素格式
??一個像素點就相當(dāng)于一個 RGB 小燈，通過控制 R、G、B 這三種顏色的亮度就可以顯示出各種各樣的色彩。那該如何控制 R、G、B 這三種顏色的顯示亮度呢？一般一個像素點的 R、G、B 這三部分分別使用 8bit 的數(shù)據(jù)，那么一個像素點就是 8bit*3=24bit，也就是說一個像素點 3 個字節(jié)，這種像素格式稱為 RGB888。如果再加入 8bit 的 Alpha(透明)通道的話一個像素點就是 32bit，也就是 4 個字節(jié)，這種像素格式稱為 ARGB8888。如果學(xué)習(xí)過 STM32 的話應(yīng)該還聽過 RGB565 這種像素格式，在本小節(jié)中使用 ARGB8888 這種像素格式，一個像素占用 4 個字節(jié)的內(nèi)存，這四個字節(jié)每個位的分配如下圖所示：
??一個像素點是 4 個字節(jié)，其中 bit31 ~ bit24 是 Alpha 通道，bit23 ~ bit16 是 RED 通道，bit15 ~ bit14 是 GREEN 通道，bit7 ~ bit0 是 BLUE 通道。所以紅色對應(yīng)的值就是 0X00FF0000，藍色對應(yīng)的值就是 0X000000FF，綠色對應(yīng)的值為 0X0000FF00。通過調(diào)節(jié) R、G、B的比例可以產(chǎn)生其它的顏色，比如0X00FFFF00就是黃色，0X00000000就是黑色，0X00FFFFFF 就是白色。例如電腦的畫圖工具也可以通過這種方式設(shè)置顏色。
3）LCD 屏幕接口
??LCD 屏幕或者說顯示器有很多種接口，比如在顯示器上常見的 VGA、HDMI、DP 等等，但是 STM32MP1 開發(fā)板不支持這些接口。STM32MP1 支持 RGB 接口的 LCD，RGBLCD 接口的信號線如下表所示：
| 信號線 | 描述 |
|---|---|
| R[7:0] | 8 根紅色數(shù)據(jù)線 |
| G[7:0] | 8 根綠色數(shù)據(jù)線 |
| B[7:0] | 8 根藍色數(shù)據(jù)線 |
| DE | 數(shù)據(jù)使能線 |
| VSYNC | 垂直同步信號線 |
| HSYNC | 水平同步信號線 |
| PCLK | 像素時鐘信號 |
R[7:0]、G[7:0] 和 B[7:0] 這 24 根是數(shù)據(jù)線，DE、VSYNC、HSYNC 和 PCLK 這四根是控制信號線。RGB LCD 一般有兩種驅(qū)動模式：DE 模式和 HV 模式，這兩個模式的區(qū)別是 DE 模式需要用到 DE 信號線，而 HV 模式不需要用到 DE 信號線，在 DE 模式下是可以不需要 HSYNC 信號線的，即使不接 HSYNC 信號線 LCD 也可以正常工作。
正點原子一共有四款 RGB LCD 屏幕，兩款 4.3 寸和兩款 7 寸屏，每一款有兩種分辨率。筆者在買開發(fā)板時沒有購買 LCD 屏，所以按照教程中，對 7 寸，1024*600這個屏幕進行驅(qū)動開發(fā)。(猜測都是通用接口，應(yīng)該差別不大)
原理圖：
J1 就是對外接口，是一個 40PIN 的 FPC 座(0.5mm 間距)，通過 FPC 線，可以連接到 STM32MP1 開發(fā)板上。該接口十分完善，采用 RGB888 格式，并支持 DE&HV 模式，還支持觸摸屏和背光控制。右側(cè)的幾個電阻，并不是都焊接的，用戶可以根據(jù)自己實際需要而選擇
是否焊接(正點原子出廠屏幕不能做修改！)。默認情況，R1和R6焊接，設(shè)置 LCD_LR 和 LCD_UD，控制 LCD 的掃描方向，是從左到右，從上到下(橫屏看)。而 LCD_R7/G7/B7 則用來設(shè)置 LCD 的 ID，由于 RGB LCD 沒有讀寫寄存器，也就沒有所謂的 ID，這里通過在模塊上面，控制R7/G7/B7 的上/下拉，來自定義 LCD 模塊的 ID，幫助 SOC 判斷當(dāng)前 LCD 面板的分辨率和相關(guān)參數(shù)，以提高程序兼容性。這幾個位的設(shè)置關(guān)系如下表所示：
| M2 LCD_B7 | M1 LCD_G7 | M0 LCD_R7 | LCD ID | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 4342 | ATK-4342 RGBLCD 模塊，分辨率：480*272 |
| 0 | 0 | 1 | 7084 | ATK-7084 RGBLCD 模塊，分辨率：800*480 |
| 0 | 1 | 0 | 7016 | ATK-7016 RGBLCD 模塊，分辨率：1024*600 |
| 1 | 0 | 0 | 4384 | ATK-4384 RGBLCD 模塊，分辨率：800*480 |
| X | X | X | NC | 暫時未用到 |
ATK-7016 模塊，就設(shè)置 M2:M0=010 即可。這樣在程序里面讀取 LCD_R7/G7/B7，得到 M0:M2 的值，從而判斷 RGBLCD 模塊的型號，并執(zhí)行不同的配置，即可實現(xiàn)不同 LCD 模塊的兼容。
4）LCD 時間參數(shù)
??如果將 LCD 顯示一幀圖像的過程想象成繪畫，那么在顯示的過程中就是用一根“筆”在不同的像素點畫上不同的顏色。這根筆按照從左至右、從上到下的順序掃描每個像素點，并且在像素畫上對應(yīng)的顏色，當(dāng)畫到最后一個像素點的時候一幅圖像就繪制好了。假如一個 LCD 的分辨率為 1024*600，那么其掃描如下圖所示：
??一幀圖像也是由一行一行組成的。HSYNC 是水平同步信號，也叫做行同步信號，當(dāng)產(chǎn)生此信號就表示開始顯示新的一行了，所以此信號都是在圖的最左邊。VSYNC 信號是垂直同步信號，也叫做幀同步信號，當(dāng)產(chǎn)生此信號就表示開始顯示新的一幀圖像了，所以此信號在圖的左上角。
??在圖中還有一圈“黑邊”，真正有效的顯示區(qū)域是中間的白色部分。這一圈“黑邊”要從顯示器的“祖先” CRT 顯示器開始說起，CRT 顯示器就是以前很常見的那種大屁股顯示器，CRT 顯示器屁股后面是個電子槍，這個電子槍就是上面說的“畫筆”，電子槍打出的電子撞擊到屏幕上的熒光物質(zhì)使其發(fā)光。只要控制電子槍從左到右掃完一行(也就是掃描一行)，然后從上到下掃描完所有行，這樣一幀圖像就顯示出來了。也就是說，顯示一幀圖像電子槍是按照‘Z’形在運動，當(dāng)掃描速度很快的時候看起來就是一幅完成的畫面了。當(dāng)顯示完一行以后會發(fā)出 HSYNC 信號，此時電子槍就會關(guān)閉，然后迅速的移動到屏幕的左邊，當(dāng) HSYNC 信號結(jié)束以后就可以顯示新的一行數(shù)據(jù)了，電子槍就會重新打開。在 HSYNC 信號結(jié)束到電子槍重新打開之間會插入一段延時，這段延時就是圖中的 HBP。當(dāng)顯示完一行以后就會關(guān)閉電子槍等待 HSYNC 信號產(chǎn)生，關(guān)閉電子槍到 HSYNC 信號產(chǎn)生之間會插入一段延時，這段延時就是圖中的 HFP 信號。同理，當(dāng)顯示完一幀圖像以后電子槍也會關(guān)閉，然后等到 VSYNC 信號產(chǎn)生，期間也會加入一段延時，這段延時就是圖中的 VFP。VSYNC 信號產(chǎn)生，電子槍移動到左上角，當(dāng) VSYNC 信號結(jié)束以后電子槍重新打開，中間也會加入一段延時，這段延時就是圖 中的 VBP。
??HBP、HFP、VBP 和 VFP 就是導(dǎo)致圖中黑邊的原因，RGB LCD 屏幕內(nèi)部有一個 IC，發(fā)送一行或者一幀數(shù)據(jù)給 IC，IC 是需要反應(yīng)時間的。通過這段反應(yīng)時間可以讓 IC 識別到一行數(shù)據(jù)掃描完了，要換行了，或者一幀圖像掃描完了，要開始下一幀圖像顯示了。因此，在 LCD 屏幕中繼續(xù)存在 HBP、HFP、VPB 和 VFP 這四個參數(shù)的主要目的是為了鎖定有效的像素數(shù)據(jù)。這四個時間是 LCD 重要的時間參數(shù)，后面編寫 LCD 驅(qū)動的時候要用到，至于這四個時間參數(shù)具體值是多少，需要去查看所使用的 LCD 數(shù)據(jù)手冊。
5）RGB LCD 屏幕時序
HSYNC：行同步信號，當(dāng)此信號有效就表示開始顯示新的一行數(shù)據(jù)，查閱所使用的LCD 數(shù)據(jù)手冊可以知道此信號是低電平有效還是高電平有效，假設(shè)此時是低電平有效。
HSPW：有些地方也叫做 thp，是 HSYNC 信號寬度，也就是 HSYNC 信號持續(xù)時間。HSYNC信號不是一個脈沖，而是需要持續(xù)一段時間才是有效的，單位為 CLK。
HBP：有些地方叫做 thb，術(shù)語叫做行同步信號后肩，單位是 CLK。
HOZVAL：有些地方叫做 thd，顯示一行數(shù)據(jù)所需的時間，假如屏幕分辨率為 1024*600，那么 HOZVAL 就是 1024，單位為 CLK。
HFP：有些地方叫做 thf，術(shù)語叫做行同步信號前肩，單位是 CLK。
當(dāng) HSYNC 信號發(fā)出以后，需要等待 HSPW+HBP 個 CLK 時間才會接收到真正有效的像素數(shù)據(jù)。當(dāng)顯示完一行數(shù)據(jù)以后需要等待 HFP 個 CLK 時間才能發(fā)出下一個 HSYNC 信號，所以顯示一行所需要的時間就是：HSPW + HBP + HOZVAL + HFP。
一幀圖像就是由很多個行組成的， RGB LCD 的幀顯示時序如下圖所示：
VSYNC：幀同步信號，當(dāng)此信號有效的話就表示開始顯示新的一幀數(shù)據(jù)，查閱所使用的 LCD 數(shù)據(jù)手冊可以知道此信號是低電平有效還是高電平有效，假設(shè)此時是低電平有效。
VSPW：些地方也叫做 tvp，是 VSYNC 信號寬度，也就是 VSYNC 信號持續(xù)時間，單位為 1 行的時間。
VBP：有些地方叫做 tvb，術(shù)語叫做幀同步信號后肩，單位為 1 行的時間。
LINE：有些地方叫做 tvd，顯示一幀有效數(shù)據(jù)所需的時間，假如屏幕分辨率為 1024*600，那么 LINE 就是 600 行的時間。
VFP：有些地方叫做 tvf，術(shù)語叫做幀同步信號前肩，單位為 1 行的時間。
顯示一幀所需要的時間就是： VSPW+VBP+LINE+VFP 個行時間
最終的計算公式：T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
因此在配置一款 RGB LCD 的時候需要知道這幾個參數(shù)：HOZVAL(屏幕有效寬度)、LINE(屏幕有效高度)、HBP、HSPW、HFP、VSPW、VBP 和 VFP。ALIENTEK 三款 RGB LCD屏幕的參數(shù)如下表所示：
6）像素時鐘
像素時鐘就是 RGB LCD 的時鐘信號，以 ATK7016 這款屏幕為例，顯示一幀圖像所需要的時鐘數(shù)就是：
= (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
= (3 + 20 + 600 + 12) * (20 + 140 + 1024 + 160)
= 635 * 1344
= 853440
顯示一幀圖像需要853440個時鐘數(shù)，那么顯示60幀就是： 853440 * 60 = 51206400 ≈ 51.2M，所以像素時鐘就是 51.2MHz。
7）顯存
如果采用 ARGB8888 格式，一個像素需要 4 個字節(jié)的內(nèi)存來存放像素數(shù)據(jù)，那么 1024600 分辨率就需要 1024600*4 = 2457600B ≈ 2.4MB 內(nèi)存。但是 RGB LCD 內(nèi)部是沒有內(nèi)存的，所以就需要在開發(fā)板上的 DDR3 中分出一段內(nèi)存作為 RGB LCD 屏幕的顯存，如果要在屏幕上顯示圖像直接操作這部分顯存即可。
2.LTDC 接口
??LTDC 是 STM32MP1 自帶的液晶屏幕接口，用于連接 RGB LCD 接口的屏幕，LTDC 接口特性如下：
① 24 位 RGB 并行像素輸出，每像素 8 位(RGB888)
② 2 個帶有專用 FIFO 的顯示層(FIFO 深度 64x64 位)
③ 查色表(CLUT)，每個圖層最高 256 種顏色(256x24)位
④ 可針對不同顯示面板編程時序
⑤ 每層有多達 8 個輸入顏色格式可供選擇，分別為：ARGB8888、RGB888、RGB565、ARGB1555、ARGB4444、L8、AL44、AL88
LTDC接口功能框架：
從圖中可以看出 LTDC 的信號可以分為兩類：4 個控制信號(LCD_CLK 像素時鐘、LCD_HSYNC 水平同步、LCD_VSYNC 垂直同步、LCD_DE 數(shù)據(jù)有效)和 3 個 RGB 數(shù)據(jù)信號(8bit x 3)。
二、DRM 驅(qū)動框架
1.DRM 簡介
??在 Linux 系統(tǒng)中，主流的顯示框架有兩種：DRM(Direct Rendering Module)框架和 FB(FrameBuffer)框架。FB 框架不能處理基于 3D 加速 GPU 顯卡，而 DRM 可以統(tǒng)一管理 GPU顯示，所以 DRM 相對于 FB 更能適應(yīng)新的顯示硬件。比如 DRM 支持多層合成、支持 VSYNC、支持 DMA-BUF、支持 fence 機制等等。
??下圖就是一個 DRM 驅(qū)動框架，包括兩部分：DRM core 和 DRM driver。DRM core 提供了一個基本的 DRM 框架，DRM driver 就可以注冊進 DRM 框架，同時為用戶空間提供一組 ioctl。libdrm 對底層接口(DRM driver 提供的 ioctl)進行封裝，向上層提供統(tǒng)一的 API 接口。DRM driver 包含了 GEM 模塊和 KMS 模塊，這兩模塊也分為好幾個小模塊。
圖形執(zhí)行管理器(GEM)：全稱 Graphics Execution Manager，這是一個內(nèi)存管理器，主要負責(zé)內(nèi)存的分配和釋放，可以調(diào)用 GPU。
DUMB：這是一個 dumb 緩沖區(qū)，主要負責(zé)一些簡單的 buffer 顯示，可以通過 CPU 直接渲染 dumb，GPU 不會使用 dumb。
內(nèi)核顯示模式設(shè)置(KMS)：全稱 Kernel Mode Setting，主要負責(zé)顯示的控制，包括屏幕分辨率、屏幕刷新率和顏色深度等等。
CRTC：就是指顯示控制器，在 DRM 里有多個顯存，就可以通過操作 CRTC 來控制要顯示那個顯存。
Encoder：負責(zé)從 CRTC 里輸出的 timing 時序轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的信號的模塊，同時也負責(zé)控制 LCD 的顯示。
Connector：連接物理顯示設(shè)備的連接器，比如 DSI、 HDMI 等等。
Plane：負責(zé)獲取顯存，再輸出到 CRTC 里，說明 CRTC 必須要有一個 Plane。
幀緩沖(FB)：能夠顯示圖層的 buffer。
GEM 和 KMS 通過以下結(jié)構(gòu)來與顯示器對接：
藍色框表示 KMS 里的模塊。plane 是連接 crtc 和 framebuffer 的紐帶；encoder 是連接 crtc 和 connector 的紐帶。GEM 是負責(zé)和物理的 buffer 打交道。plane 把獲取到顯存輸出到 crtc 里，crtc 通過 connector 接口輸出到顯示器。
2.ST 官方的 DRM 驅(qū)動框架介紹
??在 Linux 系統(tǒng)中，DRM 驅(qū)動的核心主要就是一個 drm_driver 結(jié)構(gòu)體，驅(qū)動程序要初始化drm_driver 結(jié)構(gòu)體，然后調(diào)用 drm_dev_init 函數(shù)，將其注冊到 DRM core。
?? 在設(shè)備樹文件 stm32mp151.dtsi 中，有一個 ltdc 節(jié)點：
ltdc: display-controller@5a001000 {
compatible = "st,stm32-ltdc";
reg = <0x5a001000 0x400>;
interrupts = <GIC_SPI 88 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<GIC_SPI 89 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
clocks = <&rcc LTDC_PX>;
clock-names = "lcd";
resets = <&rcc LTDC_R>;
status = "disabled";
};
?? 這個文件中的 ltdc 節(jié)點信息是所有使用 STM32MP1 芯片的板子所共有的，且不是完整的 ltdc 節(jié)點信息。其中 ltdc 節(jié)點的 compatible 屬性值為“st,stm32-ltdc”，在 Linux源碼中搜索這個字符串就可以找到 STM32MP1 的 DRM 驅(qū)動文件，這個文件為 “drivers/gpu/drm/stm/drv.c”文件：
static const struct of_device_id drv_dt_ids[] = {
{.compatible = "st,stm32-ltdc"},
{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, drv_dt_ids);
static struct platform_driver stm_drm_platform_driver = {
.probe = stm_drm_platform_probe,
.remove = stm_drm_platform_remove,
.driver = {
.name = "stm32-display",
.of_match_table = drv_dt_ids,
.pm = &drv_pm_ops,
},
};
?? 可以看出，這是一個標準的 platform 驅(qū)動，當(dāng)驅(qū)動和設(shè)備匹配以后 stm_drm_platform_probe 函數(shù)就會執(zhí)行。和其他設(shè)備驅(qū)動一樣，DRM 也分為 DRM 設(shè)備和 DRM 驅(qū)動，drm_device 結(jié)構(gòu)體為 DRM 設(shè)備，drm_driver 為 DRM 驅(qū)動。
drm_device 結(jié)構(gòu)體
drm_device 結(jié)構(gòu)體定義在 include/drm/drm_device.h 文件里，部分內(nèi)容如下：
struct drm_device {
struct list_head legacy_dev_list;
int if_version;
struct kref ref;
......
u32 max_vblank_count;
struct list_head vblank_event_list;
spinlock_t event_lock;
struct drm_agp_head *agp;
struct pci_dev *pdev;
unsigned int num_crtcs;
struct drm_mode_config mode_config;
struct mutex object_name_lock;
struct idr object_name_idr;
struct drm_vma_offset_manager *vma_offset_manager;
struct drm_vram_mm *vram_mm;
enum switch_power_state switch_power_state;
struct drm_fb_helper *fb_helper;
};
?? 在編寫 DRM 驅(qū)動時需要自行申請 drm_device 內(nèi)存并且使用初始化，可以直接通過 drm_dev_alloc 函數(shù)來完成，此函數(shù)會先調(diào)用 kzalloc 為 drm_device 分配內(nèi)存，然后調(diào)用 drm_dev_init 初始化 drm_device。
原型：
struct drm_device *drm_dev_alloc(struct drm_driver *driver, struct device *parent)
參數(shù)：
driver：drm_driver 結(jié)構(gòu)體指針，也就是 DRM 設(shè)備對應(yīng)的 DRM 驅(qū)動
parent：父設(shè)備
返回值：
返回分配成功的新 DRM 設(shè)備
ERR_PTR：drm_device 申請失敗
drm_device 分配成功以后還需要使用 drm_dev_register 函數(shù)向內(nèi)核注冊：
原型：
int drm_dev_register(struct drm_device *dev, unsigned long flags)
參數(shù)：
dev：需要注冊到內(nèi)核的 drm_device
flags：傳遞給驅(qū)動 .load 函數(shù)的標志
返回值：
0：成功
負數(shù)：失敗
drm_driver 結(jié)構(gòu)體
?? Linux 內(nèi)核為 DRM 驅(qū)動提供一個叫做 drm_driver 的結(jié)構(gòu)體，drm_driver 結(jié)構(gòu)體包含了 DRM驅(qū)動的完整屬性和操作集合，因此每一個 DRM 驅(qū)動都必須有一個 drm_driver。drm_driver 結(jié)構(gòu)體定義在 include/drm/drm_drv.h 文件里：
struct drm_driver {
int (*load) (struct drm_device *, unsigned long flags);
int (*open) (struct drm_device *, struct drm_file *);
......
int (*dumb_create)(struct drm_file *file_priv,
struct drm_device *dev,
struct drm_mode_create_dumb *args);
int (*dumb_map_offset)(struct drm_file *file_priv,
struct drm_device *dev, uint32_t handle,
uint64_t *offset);
int (*dumb_destroy)(struct drm_file *file_priv,
struct drm_device *dev,
uint32_t handle);
const struct vm_operations_struct *gem_vm_ops;
int major; /* 驅(qū)動主設(shè)備號 */
int minor; /* 驅(qū)動次設(shè)備號 */
int patchlevel; /* 驅(qū)動補丁等級 */
char *name; /* 驅(qū)動名字 */
char *desc; /* 驅(qū)動描述 */
char *date; /* 驅(qū)動日期 */
u32 driver_features; /* 驅(qū)動特性 */
const struct drm_ioctl_desc *ioctls;
int num_ioctls;
const struct file_operations *fops;
struct list_head legacy_dev_list;
int (*firstopen) (struct drm_device *);
void (*preclose) (struct drm_device *, struct drm_file *file_priv);
int (*dma_ioctl) (struct drm_device *dev, void *data,
struct drm_file *file_priv);
int (*dma_quiescent) (struct drm_device *);
int (*context_dtor) (struct drm_device *dev, int context);
int dev_priv_size;
};
成員變量比較多，重點是driver_features、fops 和 dumb_create。
①dumb_create 是一個回調(diào)函數(shù)， 用于創(chuàng)建 gem 對象，并分配物理 buffer。
②driver_features 用來描述驅(qū)動特性，枚舉類型 drm_driver_feature 定義了可以選擇的驅(qū)動特性：
DRIVER_GEM：驅(qū)動使用 GEM 內(nèi)存管理，此特性必須選中！
DRIVER_MODESET：驅(qū)動支持模式設(shè)置接口(KMS)。
DRIVER_RENDER：驅(qū)動支持專用渲染節(jié)點。
DRIVER_ATOMIC：驅(qū)動提供完整的原子操作，以供用戶空間 API 函數(shù)操作。
DRIVER_SYNCOBJ：驅(qū)動支持 SYNCOBJ， 用于命令提交的顯式同步。
DRIVER_SYNCOBJ_TIMELINE：驅(qū)動支持 SYNCOBJ 時間線。
DRIVER_USE_AGP：驅(qū)動程序使用 AGP 接口， DRM 核心將管理 AGP 資源。
DRIVER_LEGACY：表明這是一個使用影子附著的舊驅(qū)動程序，不使用。
DRIVER_PCI_DMA：驅(qū)動支持 PCI DMA。
DRIVER_SG：驅(qū)動可以提供 scatter/gather DMA 功能
DRIVER_HAVE_DMA：驅(qū)動支持 DMA。
DRIVER_HAVE_IRQ：驅(qū)動支持 IRQ，舊驅(qū)動使用。
DRIVER_KMS_LEGACY_CONTEXT：僅供 nouveau 使用！
③fops 就是一個簡單的字符設(shè)備接口結(jié)構(gòu)體
當(dāng)設(shè)備和驅(qū)動匹配成功以后 stm_drm_platform_probe 函數(shù)就會執(zhí)行， 函數(shù)內(nèi)容如下：
static int stm_drm_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device *dev = &pdev->dev;
struct drm_device *ddev;
int ret;
DRM_DEBUG("%s\n", __func__);
dma_set_coherent_mask(dev, DMA_BIT_MASK(32));
ddev = drm_dev_alloc(&drv_driver, dev);
if (IS_ERR(ddev))
return PTR_ERR(ddev);
ret = drv_load(ddev);
if (ret)
goto err_put;
ret = drm_dev_register(ddev, 0);
if (ret)
goto err_put;
drm_fbdev_generic_setup(ddev, 16);
return 0;
err_put:
drm_dev_put(ddev);
return ret;
}
①drm_dev_alloc 函數(shù)，此函數(shù)主要完成以下功能：
a.給 drm_device 分配內(nèi)存。
b.通過 drm_dev_init 函數(shù)初始化 drm_device3
drm_dev_alloc 會通過調(diào)用 drm_dev_init 函數(shù)將 drm_driver 和 drm_device 聯(lián)系起來，drm_device 結(jié)構(gòu)體里面有個 drvier 指針成員變量，此成員變量指向 DRM 設(shè)備對應(yīng)的 DRM 驅(qū)動的。因此，drm_dev_init 函數(shù)會通過將 drm_device 下的 driver 成員變量指向 drm_driver 來實現(xiàn)兩者相連。
②drv_load 這個函數(shù)就是初始化 KMS
③注冊 drm_device 對象進 DRM core
drv_load 函數(shù)：
#define STM_MAX_FB_WIDTH 2048
#define STM_MAX_FB_HEIGHT 2048
static const struct drm_mode_config_funcs drv_mode_config_funcs = {
.fb_create = drm_gem_fb_create,
.atomic_check = drm_atomic_helper_check,
.atomic_commit = drm_atomic_helper_commit,
};
......
static int drv_load(struct drm_device *ddev)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(ddev->dev);
struct ltdc_device *ldev;
int ret;
DRM_DEBUG("%s\n", __func__);
ldev = devm_kzalloc(ddev->dev, sizeof(*ldev), GFP_KERNEL);
if (!ldev)
return -ENOMEM;
ddev->dev_private = (void *)ldev;
drm_mode_config_init(ddev);
/*
* set max width and height as default value.
* this value would be used to check framebuffer size limitation
* at drm_mode_addfb().
*/
ddev->mode_config.min_width = 0;
ddev->mode_config.min_height = 0;
ddev->mode_config.max_width = STM_MAX_FB_WIDTH;
ddev->mode_config.max_height = STM_MAX_FB_HEIGHT;
ddev->mode_config.funcs = &drv_mode_config_funcs;
ret = ltdc_load(ddev);
if (ret)
goto err;
drm_mode_config_reset(ddev);
drm_kms_helper_poll_init(ddev);
platform_set_drvdata(pdev, ddev);
return 0;
err:
drm_mode_config_cleanup(ddev);
return ret;
}
①前兩行設(shè)置DRM 驅(qū)動 X 軸(寬度)最大支持 2048 個像素，設(shè)置 DRM 驅(qū)動 Y 軸(寬度)最大支持 2048 個像素，可以看出驅(qū)動里面設(shè)置的最大分辨率支持2048 * 2048。但是根據(jù)STM32MP157 手冊所描述，最大支持1366 * 768分辨率的屏幕。
② mode_config.funcs 設(shè)置 framebuffer 的回調(diào)函數(shù)結(jié)構(gòu)體。
③ ltdc_load 引入 drm_panel 結(jié)構(gòu)體，此結(jié)構(gòu)體作用是提供一堆控制回調(diào)函數(shù)，比如屏幕參數(shù)回調(diào)函數(shù)，背光控制函數(shù)等等。ltdc_load函數(shù)是負責(zé)初始化ltdc接口(同時connector 和 encoder 一起初始化)。在 connector 初始化時，就會調(diào)用 drm_panel 結(jié)構(gòu)體里的獲取屏幕參數(shù)函數(shù)(所以只需要提供一個屏的驅(qū)動就能正常顯示了)。通常 encoder 和 connector 是放在同一個驅(qū)動初始化的，目的是為了方便驅(qū)動程序設(shè)計。
要完成整個 DRM 驅(qū)動的正常初始化，前面的 GEM 和 KMS 這些模塊已經(jīng)由 ST 官方提供，開發(fā)人員只需提供一個 drm_panel 對象即可。打開“include/drm/drm_panel.h”文件：
struct drm_panel {
struct drm_device *drm; /* drm_device 對象 */
struct drm_connector *connector; /* connector 對象 */
struct device *dev; /* 設(shè)備節(jié)點 dev */
const struct drm_panel_funcs *funcs; /* 回調(diào)函數(shù)的結(jié)構(gòu)體 */
struct list_head list;
};
這里就是 drm_panel 的結(jié)構(gòu)體定義，開發(fā)者按照要求實現(xiàn)一個 drm_panel 對象后，傳入驅(qū)動框架即可完成驅(qū)動開發(fā)。
3.RGB LCD 驅(qū)動分析(屏的驅(qū)動)
??drm_panel 結(jié)構(gòu)體是基類，panel_simple 在 drm_panel 基礎(chǔ)上增加了一些成員變量，相當(dāng)于繼承類。LCD 驅(qū)動文件為 drivers/gpu/drm/panel/panelsimple.c，其中有如下內(nèi)容：
99 struct panel_simple {
100 struct drm_panel base;
101 bool prepared;
102 bool enabled;
103 bool no_hpd;
104
105 const struct panel_desc *desc;
106
107 struct backlight_device *backlight;
108 struct regulator *supply;
109 struct i2c_adapter *ddc;
110
111 struct gpio_desc *enable_gpio;
112
113 struct drm_display_mode override_mode;
114 };
panel_simple 結(jié)構(gòu)體用來管理 RGB LCD 設(shè)備。
第 100行，base成員變量，為 drm_panel 結(jié)構(gòu)體類型?？梢钥闯?panel_simple 就是在 drm_panel 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，在 DRM 驅(qū)動注冊的時候就會回調(diào) base->funcs。
第 105 行，desc 屬性就是 RGB 屏參數(shù)結(jié)構(gòu)體。
第 107 行，屏的背光結(jié)構(gòu)體。
與設(shè)備樹匹配
LCD 驅(qū)動的 platform_driver：
3491 static struct platform_driver panel_simple_platform_driver = {
3492 .driver = {
3493 .name = "panel-simple",
3494 .of_match_table = platform_of_match,
3495 },
3496 .probe = panel_simple_platform_probe,
3497 .remove = panel_simple_platform_remove,
3498 .shutdown = panel_simple_platform_shutdown,
3499 };
這是一個標準的 platform 驅(qū)動框架， 第 3494 行就是匹配表。platform_of_match 內(nèi)容如下所示(有省略)：
3133 static const struct of_device_id platform_of_match[] = {
3134 {
3135 .compatible = "ampire,am-480272h3tmqw-t01h",
3136 .data = &ire_am_480272h3tmqw_t01h,
3137 }, {
3138 .compatible = "ampire,am800480r3tmqwa1h",
3139 .data = &ire_am800480r3tmqwa1h,
3140 }, {}
3141 };
platform_of_match 里面有大量的匹配項，分別針對不同的屏幕，比如：第 3135 行就是一個匹配項，compatible 內(nèi)容為“ampire,am-480272h3tmqw-t01h”。
第 3136 行，在 platform 框架里有個 data 成員變量，這個是一個 void 類型的指針，這里指向 ampire_am_480272h3tmqw_t01h，內(nèi)容如下所示：
515 static const struct drm_display_mode ampire_am_480272h3tmqw_t01h_mode = {
516 .clock = 9000, /* LCD 像素時鐘，單位 KHz */
517 .hdisplay = 480, /* LCD X 軸像素個數(shù) */
518 .hsync_start = 480 + 2, /* LCD X 軸+hbp 的像素個數(shù) */
519 .hsync_end = 480 + 2 + 41, /* LCD X 軸+hbp+hspw 的像素個數(shù) */
520 .htotal = 480 + 2 + 41 + 2, /* LCD X 軸+hbp+hspw+hfp 的像素個數(shù) */
521 .vdisplay = 272, /* LCD Y 軸像素個數(shù) */
522 .vsync_start = 272 + 2, /* LCD Y 軸+vbp 的像素個數(shù) */
523 .vsync_end = 272 + 2 + 10, /* LCD Y 軸+vbp+vspw 的像素個數(shù) */
524 .vtotal = 272 + 2 + 10 + 2, /* LCD Y 軸+vbp+vspw+vfp 的像素個數(shù) */
525 .vrefresh = 60, /* LCD 的刷新頻率為 60HZ */
526 .flags = DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC,
527 };
528
529 static const struct panel_desc ampire_am_480272h3tmqw_t01h = {
530 .modes = &ire_am_480272h3tmqw_t01h_mode,
531 .num_modes = 1,
532 .bpc = 8,
533 .size = {
534 .width = 105,
535 .height = 67,
536 },
537 .bus_format = MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24,
538 };
第 516~525 行，drm_display_mode 結(jié)構(gòu)體就是用來設(shè)置屏幕參數(shù)。
第 529 行，定義一個 panel_desc 結(jié)構(gòu)體對象。
第 530 行，modes 變量設(shè)置為 ampire_am_480272h3tmqw_t01h_mode。
第 531 行，設(shè)置 modes 的數(shù)量。
第 532 行，設(shè)置屏幕為 8bit。
第 533~536 行，設(shè)置屏幕實際顯示區(qū)域的物理寬度，單位為毫米，此屏幕尺寸為 105mm x 67mm。
第 537 行，bus_format 屬性設(shè)置總線模式， include/uapi/linux/media-bus-format.h 里面定義了所有可選的總線類型：
1 #define MEDIA_BUS_FMT_FIXED 0x0001
2
3 /* RGB - next is 0x101d */
4 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_1X12 0x1016
5 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_2X8_PADHI_BE 0x1001
6 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_2X8_PADHI_LE 0x1002
7 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB555_2X8_PADHI_BE 0x1003
8 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB555_2X8_PADHI_LE 0x1004
9 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_1X16 0x1017
10 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR565_2X8_BE 0x1005
11 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR565_2X8_LE 0x1006
12 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_2X8_BE 0x1007
13 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_2X8_LE 0x1008
14 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X18 0x1009
15 #define MEDIA_BUS_FMT_RBG888_1X24 0x100e
16 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X24_CPADHI 0x1015
17 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X7X3_SPWG 0x1010
18 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR888_1X24 0x1013
19 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR888_3X8 0x101b
20 #define MEDIA_BUS_FMT_GBR888_1X24 0x1014
21 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24 0x100a
22 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_2X12_BE 0x100b
23 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_2X12_LE 0x100c
24 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_3X8 0x101c
25 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X7X4_SPWG 0x1011
26 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X7X4_JEIDA 0x1012
27 #define MEDIA_BUS_FMT_ARGB8888_1X32 0x100d
......
121 /* HSV - next is 0x6002 */
122 #define MEDIA_BUS_FMT_AHSV8888_1X32 0x6001
可以看出，Linux 內(nèi)核支持很多種不同的總線格式，比如 RGB、YUV、Bayer 等。以 MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24 為例，這個總線格式的含義如下：
①從“RGB888”可以看出，這是一個 RGB888 格式的。
②后面的“1X24”表示一個像素點使用 24bit，如果是 2X8 就表示一個像素點使用 2 個 8bit 表示。
③有的右邊還會有“BE”或“LE”，BE 表示最高位先傳輸，LE 表示最低位先傳輸。假設(shè)設(shè)備樹里有個設(shè)備節(jié)點的 compatible 屬性為“ampire,am-480272h3tmqw-t01h”，那么就會和驅(qū)動匹配成功，然后運行 panel_simple_platform_probe 函數(shù)，此函數(shù)的內(nèi)容如下所示：
3470 static int panel_simple_platform_probe(struct platform_device *pdev)
3471 {
3472 const struct of_device_id *id;
3473
3474 id = of_match_node(platform_of_match, pdev->dev.of_node);
3475 if (!id)
3476 return -ENODEV;
3477
3478 return panel_simple_probe(&pdev->dev, id->data);
3479 }
第 3474 行，使用 of_match_node 函數(shù)查找匹配的設(shè)備 ID。
第 3478 行，當(dāng)?shù)玫狡ヅ涞脑O(shè)備 ID(of_device_id)以后就可以通過提取 data 成員變量得到屏幕參數(shù)信息，比如此處 id->data 就是 ampire_am_480272h3tmqw_t01h。最后調(diào)用 panel_simple_probe 函數(shù)將其注冊到內(nèi)核，panel_simple_probe 函數(shù)也定義在 drivers/gpu/drm/panel/panel-simple.c 文件中，函數(shù)內(nèi)容如下所示：
414 static int panel_simple_probe(struct device *dev, const struct panel_desc *desc)
415 {
416 struct device_node *backlight, *ddc;
417 struct panel_simple *panel;
418 struct display_timing dt;
419 int err;
420
421 panel = devm_kzalloc(dev, sizeof(*panel), GFP_KERNEL);
422 if (!panel)
423 return -ENOMEM;
424
425 panel->enabled = false;
426 panel->prepared = false;
427 panel->desc = desc;
428
......
444 backlight = of_parse_phandle(dev->of_node, "backlight", 0);
445 if (backlight) {
446 panel->backlight = of_find_backlight_by_node(backlight);
447 of_node_put(backlight);
448
449 if (!panel->backlight)
450 return -EPROBE_DEFER;
451 }
452
......
467 drm_panel_init(&panel->base);
468 panel->base.dev = dev;
469 panel->base.funcs = &panel_simple_funcs;
470
471 err = drm_panel_add(&panel->base);
472 if (err < 0)
473 goto free_ddc;
474
475 dev_set_drvdata(dev, panel);
476
477 return 0;
478
479 free_ddc:
480 if (panel->ddc)
481 put_device(&panel->ddc->dev);
482 free_backlight:
483 if (panel->backlight)
484 put_device(&panel->backlight->dev);
485 return err;
486 }
第 427 行，設(shè)置屏幕參數(shù)。
第 444 行，從設(shè)備樹里獲取背光節(jié)點，所以我們的設(shè)備樹要提供“backlight”屬性。
第 467 行，用 drm_panel_init 函數(shù)初始化屏幕。
第 469 行，設(shè)置 panel_simple 的回調(diào)函數(shù)，為 DRM 驅(qū)動注冊的時候提供屏的參數(shù)。
第 471 行，把屏幕注冊到內(nèi)核。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-719193.html
三、總結(jié)
LCD 屏的驅(qū)動分析結(jié)束，總結(jié)一下添加自己的屏要做哪些操作：
①在根節(jié)點下提供一個 LCD 設(shè)備樹，包含背光的節(jié)點和引用 ltdc 節(jié)點。
②在 panel-simple.c 文件里的 platform_of_match 結(jié)構(gòu)體里添加一組設(shè)備 ID，此設(shè)備 ID 對應(yīng)所使用的屏幕，重點是屏幕參數(shù) panel_desc 結(jié)構(gòu)體。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-719193.html
到了這里，關(guān)于STM32MP157驅(qū)動開發(fā)——Linux LCD驅(qū)動(上)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
