沈 杰，王新華，郭淑琴

(1.浙江工業(yè)大學信息工程學院，浙江杭州310023;2.浙江科技學院信息與電子工程學院，浙江杭州310023)

0 引言

液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)作為嵌入式設備中重要的一部分，在人機交互中更是發(fā)揮著不可替代的作用。一般的嵌入式設備顯示器采用TTL(Transistor-Transistor Logic)接口的液晶屏，由于TTL接口的設計容易產(chǎn)生電磁干擾，信號無法做到長距離的傳輸，在某些工業(yè)領(lǐng)域就不適合。而采用LVDS(Low Voltage Differential Signal)接口的LCD就可以解決這個問題，因為差分信號可以有效抑制電磁干擾，從而達到長距離傳輸?shù)男Ч?。本文以三星的S3C2440A［1］作為主板核心，采用友達(AUO)G065VN01V2型，分辨率為640×480的LVDS接口TFT_LCD作為顯示終端。實現(xiàn)S3C2440A內(nèi)部LCD控制器TTL信號到顯示終端LVDS信號的轉(zhuǎn)換并成功移植了WINCE5.0下的LCD驅(qū)動程序。

1 硬件部分

1.1 LCD 控制器

S3C2440A的LCD控制器功能主要是完成視頻信號的傳輸，產(chǎn)生必須的控制信號:垂直同步(Vertical sync，VSYNC)、水平同步(Horizontal sync，HSYNC)、象素時鐘(Pixel clock，VCLK)、數(shù)據(jù)使能(Data，enable，VDEN)、行結(jié)束(Line end，LEND)。LCD控制器由寄存器庫、專用直接內(nèi)存存取塊、時序發(fā)生器等組成。寄存器庫包括17個可編程寄存器集合和用于配置LCD控制器的一塊256×16的調(diào)色板存儲器。專用直接內(nèi)存存取塊可以自動的把視頻數(shù)據(jù)從幀存儲區(qū)傳輸?shù)絃CD驅(qū)動器。時序發(fā)生器是一個可編程邏輯單元，它支持各種不同LCD驅(qū)動器對接口的時序和速率的要求。VSYNC和HSYNC信號的產(chǎn)生取決于LCDCON2/3寄存器中的HOZVAL和LINEVAL字段的配置。HOZVAL和LINEVAL由LCD屏幕的大小決定，VCLK信號的頻率取決于LCNCON1寄存器中CLKVAL字段的配置，CLKVAL最小值為0，幀頻(Frame Rate)即為VSYNC信號的頻率，幀頻與LCDCON1/2/3/4寄存器中的VSYNC、垂直后沿(Vertical back porch，VBPD)、垂直前沿(Vertical front porch，VFPD)、垂直同步脈寬(Vertical sync pulse width，VSPW)、LINEVAL、HSYNC、水平后沿(Horizontal back porch，HBPD)、水平前沿(Horizontal front porch，HFPD)、水平同步脈寬(Horizontal sync pulse width，HSPW)、HOZVAL和CLKVAL字段都有關(guān)系。

參考G065VN01V2手冊得到水平顯示大小為640，垂直顯示大小為480，由S3C2440芯片手冊公式得:HOZVAL=639，LINEVAL=479。G065VN01V2對時鐘頻率的要求是20-50MHz之間，典型的取值為25.2MHz，取整得 VCLK=25MHz，取 HCLK=100MHz，由公式得:CLKVAL=1。對于 Frame Rate的取值，手冊推薦的值為60Hz，根據(jù)手冊提供的數(shù)據(jù)和VSYNC、HSYNC波形關(guān)系得到:HSPW=93、HBPD=41、HFPD=23、VSPW=1、VFPD=10、VBPD=31，由公式得 Frame Rate=59.5HZ，符合手冊的要求。

1.2 LVDS 接口電路

G065VN01V2接口分為兩部分如圖1所示，J1是3.3V的差分信號接口，由3組差分數(shù)據(jù)流，一組時鐘信號和一組左右上下翻轉(zhuǎn)的控制信號組成;J19是12V的LED背光電源接口，直接從S3C2440GPIO口接出控制信號用于電源管理。由于LCD控制器輸出的都是TTL電平的信號，不符合接口的要求，因此需要電平轉(zhuǎn)換。本文通過DS90CF363MTD芯片連接LCD控制器和LCD差分接口來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換電路設計如圖2所示。

LCDR/G/B 0-5這18bit的信號是從 LCD控制器的 VD［23:0］傳輸過來的，LCDHSYNC、LCDVSYNC、LCDDEN這3個控制信號就是LCD控制器輸出的HSYNC、VSYNC和VDEN信號，總共21bit的TTL信號被芯片轉(zhuǎn)換為TxOut0(+/-)～TxOut2(+/-)3組LVDS信號。LCDCLK連接的是LCD控制器的VCLK，單獨被轉(zhuǎn)換為一組TxCLKOUT(+/-)信號輸出。這4組差分信號與J1接口直接相連，再從J1口連差分線到顯示屏實現(xiàn)對顯示屏的控制。

2 軟件部分

2.1 WINCE5.0 下 LCD 驅(qū)動結(jié)構(gòu)

Wince5.0下的LCD驅(qū)動是分層驅(qū)動，Gwes.exe調(diào)用和加載，圖形初級引擎(GPE)用來處理默認的繪圖工作，在驅(qū)動模型中扮演上層的模型設備驅(qū)動(MDD)，用戶需要開發(fā)的就是下層的平臺相關(guān)驅(qū)動(PDD)和硬件相關(guān)的代碼。當應用層向LCD控制器發(fā)送數(shù)據(jù)時，它首先調(diào)用GDI(圖形設備接口)，該接口由Coredll.dll(操作系統(tǒng)核心函數(shù)的動態(tài)鏈接庫文件)提供，有關(guān)圖形繪制和窗口調(diào)用的操作都被發(fā)往Gwes.exe，然后調(diào)用顯示驅(qū)動(Ddi.dll)導出的DDI(顯示設備驅(qū)動接口)函數(shù)，找到相對應的實現(xiàn)函數(shù)，最后通過該函數(shù)操縱硬件來實現(xiàn)。其中Ddi.dll就是默認的顯示驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的名稱，它只導出DrvEnableDriver一個函數(shù)，這是任何一個Windows CE的顯示設備驅(qū)動程序都必不可少需要向GWES子系統(tǒng)導出的，它負責向GDI提供一個指向含有27個DDI函數(shù)指針的結(jié)構(gòu)體(DRVENABLEDATA)指針［2］。

在SMDK2440A的LCD驅(qū)動程序中，DrvEnableDriver只是直接將全部4個參數(shù)傳遞給函數(shù)GPEEnableDriver，這是個微軟提供的公共代碼函數(shù)，在/WINCE500/PUBLIC/COMMON/

OAK/DRIVERS/DISPLAY/GPE/ddi_if.cp中。GPEEnableDriver函數(shù)首先保存由pEngCallbacks參數(shù)傳遞而來的GDI回調(diào)函數(shù)指針集合，第二項主要任務是通過pded指針參數(shù)輸出DDI函數(shù)指針陣列，而在ddi_if.cpp中微軟提供了DDI函數(shù)實現(xiàn)代碼。那么DDI函數(shù)又是如何驅(qū)動硬件的呢?答案就在ddi_if.cpp的SafeGetGPE函數(shù)中，該函數(shù)只調(diào)用了GetGPE函數(shù)，并將后者的返回值作為自己的返回值返回給自己的調(diào)用者，而SafeGetGPE函數(shù)的調(diào)用者就是DDI函數(shù)DrvEnablePDEV。本文使用的BSP包中GetGPE函數(shù)在s3c2440disp.cpp中實現(xiàn)，這里的gGPE是一個GPE類的全局變量，代碼把新生成的S3C2440DISP類實例指針賦值給它。S3C2440DISP類是GPE類的子類，以后使用gGPE所指向的數(shù)據(jù)或函數(shù)時，得到的都是S3C2410DISP類型變量的成員函數(shù)和函數(shù)，只有在S3C2410DISP未定義的部分才使用父類或更上級類的數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。獲取GPE指針后，微軟已經(jīng)實現(xiàn)的DDI函數(shù)就會調(diào)用GPE類的成員函數(shù)來獲取和實際顯示硬件相關(guān)的信息并進行相應的操作。我們的工作就是實現(xiàn)這個S3C2410DISP類。

2.2 WINCE5.0 下 LCD 驅(qū)動移植

本文采用飛凌公司的 SMDK2440A BSP包，通過微軟的 PlatformBuilder5.0軟件進行移植。S3C2410DISP類在WINCE500PLATFORMSMDK2440ASrcDriversDisplay

s3c2440disp.h 中定義，在 s3c2440disp.cpp 中實現(xiàn)。

2.2.1 驅(qū)動程序文件

因為需要和硬件打交道，所以在s3c2440a_lcd.h中定義一個包含所有LCD控制寄存器的結(jié)構(gòu)體S3C2440A_LCD_REG，把CLKVAL、HSPW、VSPW等重要參數(shù)定義到了注冊表［HKEY_LOCAL_MACHINEDriversDisplayS3C2440CONFIG］下，在類的初始化函數(shù)中將被調(diào)用去配置寄存器。同時由于接口電路的不同，還要對GPIO口進行配置，在s3c2440a_ioport.h中定義一個包含所有GPIO口寄存器的S3C2440A_IOPORT_REG結(jié)構(gòu)體。GetGPE()會調(diào)用該類的構(gòu)造函數(shù)，該函數(shù)完成以下工作:給重要的類成員變量賦值，調(diào)用類初始化函數(shù)InitDisplay，用CreateFileMapping/MapViewOfFile創(chuàng)建虛擬幀緩存共享內(nèi)存，大小為1M，用VirtualCopy實現(xiàn)物理幀緩存地址到共享內(nèi)存的映射，用類成員函數(shù)AllocSurface創(chuàng)建GPE類實例的首要顯示表面。

InitDisplay函數(shù)首先為S3C2440A_LCD_REG和S3C2440A_IOPORT_REG結(jié)構(gòu)體分配虛擬內(nèi)存，接著從注冊表下讀取Vspw等值，最后對LCD寄存器和GPIO寄存器進行相應的配置。由于S3C2410的LCD控制器不具備硬件加速能力，其他的類成員函數(shù)基本是不需要修改的，很多的成員函數(shù)都是調(diào)用依靠軟件實現(xiàn)的GPE類的默認函數(shù)。

2.2.2 配置文件

驅(qū)動相關(guān)的配置文件有platform.bib、source、plarform.Reg等。在wince中，驅(qū)動都是以動態(tài)鏈接庫(dll)的形式存在，配置文件則用來確定驅(qū)動程序最后生成的動態(tài)鏈接庫的文件名、存放目錄等，并把這些重要信息放在注冊表文件中提供給操作系統(tǒng)，以便操作系統(tǒng)對驅(qū)動程序進行管理［3-4］。platform.bib中LCD驅(qū)動相關(guān)內(nèi)容:

2.2.3 移植注意點

成功移植的關(guān)鍵其實就是HSPW、VSPW等參數(shù)的修改，對于不同尺寸的LCD，它的值是不一樣的，要對照LCD的手冊進行修改;InitDisplay函數(shù)中對GPIO和LCD寄存器配置的修改也很重要。如果是高分辨率的顯示屏S3C2440DISP類構(gòu)造函數(shù)中分配的1M幀緩存肯定不夠，應該根據(jù)實際情況進行修改，同時在Config.bib的MEMORY字段下DISPLAY 80100000 00100000 RESERVED，保留的大小也要做相應的調(diào)整［6］。修改完成之后，在Platform Builder 5.0中重新編譯驅(qū)動程序，然后將新生成的內(nèi)核鏡像下載到開發(fā)設備中，桌面正常顯示，說明LCD驅(qū)動運行正常。

3 結(jié)束語

本文實現(xiàn)了控制器到液晶屏接口的電平轉(zhuǎn)換電路，采用LVDS接口有效解決了TTL接口電磁干擾的問題;同時詳細介紹了Wince5.0下的LCD驅(qū)動程序的實現(xiàn)機制，講解了移植注意點，實現(xiàn)了LCD驅(qū)動的移植，對Wince下驅(qū)動程序的移植有一定的借鑒。

［1］ Samsung Electronics.S3C2440A 32-Bit CMOSMicrocontroller User's Manual［EB/OL］.http://www.samsungsemi.com，2004-11-30.

［2］ 李大為.Windows CE工程實踐完全解析［M］.北京:中國電力出版社，2008:158-193.

［3］ 方安平，丁智勇，庫少平.Windows CE 5.0下LCD 驅(qū)動程序移植［J］.微計算機信息，2008，24(9):19-21.

［4］ 鄧中亮，肖冠蘭.Windows CE 6.0下 LCD驅(qū)動程序移植［J］.計算機與現(xiàn)代化，2011，(1):14-17.

［5］ 張東泉，譚南林，王雪梅，等.Windows CE實用開發(fā)技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006:119-127.

［6］ 趙正輝，李 宇.基于WinCE高分辨率 LCD驅(qū)動的設計與實現(xiàn)［J］.武漢科技學院學報，2008，21(7):25-29.