況 昊

(西華大學(xué),四川 成都610039)

1 引言

1.1 目的

編寫基于imx6開發(fā)的移動終端上VGA的功能添加和優(yōu)化的詳細(xì)說明書是為了方便更多的人了解飛思卡爾imx6這個ARM CortexTM－A9架構(gòu)處理器性能和架構(gòu),同時能夠深入了解VGA的具體工作流程和結(jié)構(gòu),在了解VGA在內(nèi)核如何工作的過程當(dāng)中也會跟大家講解一下Linux內(nèi)核的基本屬性和結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部驅(qū)動管理和調(diào)用。

1.2 項目背景

i.MX6是基于ARM CortexTM－A9架構(gòu)的高擴(kuò)展性多核系列嵌入式多媒體應(yīng)用處理器,普遍使用于工業(yè)控制、車載電腦控制、智能移動終端、監(jiān)控設(shè)備、機(jī)頂盒、KTV點歌設(shè)備等方面。它的強(qiáng)力的3D圖像處理引擎、支持多種格式的視頻壓縮解壓功能和內(nèi)部集成的電源管理等優(yōu)點使得它成為優(yōu)秀的智能設(shè)備開發(fā)平臺,同時由于他支持高規(guī)格的LCD顯示2×4XGA(2048×1536)或2×[1080p＋WXGA(1280×720)],因此以前的一些能適用于Linux內(nèi)核的VGA驅(qū)動需要我們嵌入式軟件開發(fā)人員進(jìn)行調(diào)整。

VGA也就是Video Graphic Array,即顯示繪圖陣列。它的接口是一個模擬信號接口,在顯示領(lǐng)域成為了一種成熟通用的顯示器標(biāo)準(zhǔn)接口,由于它的通用性和高性能適應(yīng)性被各種規(guī)格的顯示器在硬件上使用和支持。在當(dāng)今PC機(jī)以及各種顯示和控制設(shè)備中VGA得到大眾的歡迎,因此在進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)中VGA驅(qū)動成為我們調(diào)試和開發(fā)的重中之重。本文以Linux2.6內(nèi)核和飛思卡爾IMX6處理器為系統(tǒng)的軟、硬件平臺,詳細(xì)論述了基于framebuffer技術(shù)開發(fā)VGA顯示驅(qū)動程序的方法。

2 總體設(shè)計

2.1 軟件描述

VGA驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)包含:平臺驅(qū)動、LCD控制器驅(qū)動、外設(shè)驅(qū)動。進(jìn)行VGA的嵌入式開發(fā)主要是為Android系統(tǒng)嵌入VGA功能模塊讓我們的移動終端可以通過VGA接口外接顯示器滿足客戶的要求,同時對VGA驅(qū)動進(jìn)行的優(yōu)化能讓我們的系統(tǒng)可以充分發(fā)揮出飛思卡爾imx6處理器強(qiáng)勁的圖像處理和顯示功能提高用戶體驗。

2.2 設(shè)計方法

在實現(xiàn)一個功能或者解決某一個問題的時候,我們要經(jīng)過理論分析,推導(dǎo),簡化,逐步達(dá)到目的,因此我們首先應(yīng)該分析VGA驅(qū)動結(jié)構(gòu)和工作流程,抓住關(guān)鍵點預(yù)計如何優(yōu)化顯示效果,其次分析如何添加驅(qū)動到Linux內(nèi)核使LCD能夠正常顯示智能移動終端通過VGA傳輸?shù)男盘?最后結(jié)合VGA驅(qū)動和LCD優(yōu)化顯示畫面,讓imx6處理器的優(yōu)秀性能能夠發(fā)揮出來。

2.3 軟件結(jié)構(gòu)

圖1 總體結(jié)構(gòu)

3 模塊設(shè)計說明

3.1 平臺驅(qū)動模塊

3.1.1 設(shè)備定義功能模塊

(1)設(shè)備定義模塊描述。通過設(shè)置platform_device結(jié)構(gòu)變量mxc_fb_device定義設(shè)備。

(2)輸入、輸出。

表1 平臺驅(qū)動模塊輸入、輸出

(3)模塊接口關(guān)系。定義相關(guān)平臺設(shè)備。

(4)函數(shù)。

表2 平臺驅(qū)動模塊函數(shù)

3.1.2 設(shè)備注冊功能模塊

(1)模塊描述。向系統(tǒng)注冊已經(jīng)被定義的設(shè)備,注冊狀態(tài)可被其他模塊檢測。

(2)模塊接口關(guān)系。注冊:注冊平臺設(shè)備。查詢調(diào)用:被相關(guān)函數(shù)查詢設(shè)備注冊狀態(tài),并自動調(diào)用probe函數(shù)。

(3)輸入輸出。無。

(4)函數(shù)。

表3 平臺驅(qū)動模塊函數(shù)

3.2 LCD控制器模塊

3.2.1 定義、注冊平臺設(shè)備驅(qū)動模塊

(1)模塊描述。注冊和定義LCD控制器的設(shè)備驅(qū)動。

(2)模塊接口關(guān)系。已經(jīng)被定義和注冊的設(shè)備驅(qū)動可以被調(diào)用。

(3)函數(shù)。

表4 LCD控制器模塊函數(shù)

3.2.2 設(shè)置framebuffer緩沖區(qū)模塊

(1)模塊描述。設(shè)置framebuffer緩沖區(qū)所需的空間和定義相關(guān)底層函數(shù)。

(2)輸入、輸出。

表5 LCD控制器模塊輸入、輸出

(3)模塊接口關(guān)系。緩沖區(qū):預(yù)寫入顯示幀數(shù)據(jù),然后流向顯示器。

(4)函數(shù)。

表6 LCD控制器模塊函數(shù)

3.2.3 調(diào)控顯示信息和外接設(shè)備信息模塊

(1)模塊描述。初始化fb－info的固定、可變的參數(shù),檢查、調(diào)控顯示控制器以及顯示輸出設(shè)備信息。

(2)輸入、輸出。

表7 調(diào)控顯示信息和外接設(shè)備信息模塊輸入、輸出

(3)模塊接口關(guān)系。檢查調(diào)整顯示控制器參數(shù)var。

(4)函數(shù)。

表8 調(diào)控顯示信息和外接設(shè)備信息模塊函數(shù)

3.2.4 注冊framebuffer驅(qū)動模塊

(1)模塊描述。注冊一個framebuffer驅(qū)動。

(2)模塊接口關(guān)系。注冊:注冊LCD控制器的framebuffer驅(qū)動。

(3)函數(shù)。

表9 注冊framebuffer驅(qū)動模塊函數(shù)

3.3 外接設(shè)備模塊

3.3.1 外接設(shè)備驅(qū)動定義、注冊模塊

(1)模塊描述。一個I2C設(shè)備驅(qū)動需用兩個結(jié)構(gòu)struct i2c_driver和struct i2c_client來描述。其中i2c_driver表示一個I2C設(shè)備驅(qū)動,i2c_client用于描述一個I2C設(shè)備。

(2)模塊接口關(guān)系。定義:定義設(shè)備和設(shè)備驅(qū)動。注冊:注冊外設(shè)驅(qū)動。

(3)函數(shù)。

表10 外接設(shè)備模塊函數(shù)

3.3.2 初始化寄存器模塊

(1)模塊描述。初始化并設(shè)置各種格式功能的寄存器。

(2)輸入、輸出。

表11 初始化寄存器模塊輸入、輸出

(3)模塊接口關(guān)系。初始化寄存器:初始化并設(shè)置芯片上的寄存器。

(4)函數(shù)。

表12 初始化寄存器模塊函數(shù)

3.3.3 設(shè)置顯示輸出狀態(tài)信息模塊

(1)模塊描述。設(shè)置有關(guān)顯示輸出狀態(tài)的信息,如屏幕的顯示分辨率、畫面位置等。

(2)輸入、輸出。

表13 設(shè)置顯示輸出狀態(tài)信息模塊輸入、輸出

(3)模塊接口關(guān)系。顯示設(shè)置:根據(jù)用戶輸入信息調(diào)整輸出狀態(tài)。

(4)函數(shù)。

表14 設(shè)置顯示輸出狀態(tài)信息模塊函數(shù)

4 部分模塊功能詳細(xì)設(shè)計

4.1 framebuffer數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Framebuffer程序是Linux2.6.x內(nèi)核中出現(xiàn)的一種驅(qū)動程序接口。它把一些顯示設(shè)備抽象描述成一個緩沖區(qū)域,由于Linux不像Windows那樣能夠直接調(diào)用顯卡驅(qū)動因此framebuffer就提供了一個溝通內(nèi)存和顯卡的橋梁。用戶直接通過定義好的接口直接訪問顯卡,這樣就不需要知道底層的操作和調(diào)用。

Framebuffer在Linux內(nèi)核中一把包含于兩個文件fb.h和fbmen.c。其中fbmen.c主要提供LCD驅(qū)動的通用文件操作接口,而fb.h中包含有很多重要的宏定義和結(jié)構(gòu)體。在結(jié)構(gòu)體中有些是我們需要注意和優(yōu)化的如:

(1)struct fb_fix_screeninfo,這個結(jié)構(gòu)體主要用來描述顯卡自身的屬性,包含標(biāo)識符、顯示數(shù)據(jù)緩存地址、顯示數(shù)據(jù)類型等,在顯卡被設(shè)定模式后創(chuàng)建,一旦系統(tǒng)開始運(yùn)行之后,該結(jié)構(gòu)體的值就不能被我們改動。

(2)struct fb_var_screeninfo,此結(jié)構(gòu)主要用來描述顯卡的一般特性,比如虛實分辨率,以及兩者之間的offset等,也就是說,這個結(jié)構(gòu)體可以決定我們所能驅(qū)動的外接顯示屏的尺寸。

(3)struct fb_cmap,主要用來描述設(shè)備無關(guān)的顏色映射信息?？梢酝ㄟ^FBIOGETCMAP和FBIOPUTCMAP對應(yīng)的ioctl操作設(shè)定或獲取顏色映射信息。

4.2 驅(qū)動的注冊于注銷

從Linux2.6.x內(nèi)核提供的平臺驅(qū)動機(jī)制為了方便內(nèi)核管理把設(shè)備和驅(qū)動用platform_device和platform_driver來表示,其中platform_device表示設(shè)備而platform_driver用來注冊驅(qū)動。設(shè)備驅(qū)動是給用戶的程序提供系統(tǒng)調(diào)用的接口,讓用戶能夠直接通過接口來驅(qū)動硬件設(shè)備而不用深入的了解硬件底層代碼。內(nèi)核驅(qū)動管理機(jī)制提供了兩個函數(shù)給我們進(jìn)行注冊或者注銷我們特定平臺的LCD驅(qū)動程序。int register_framebuffer(struct fb_info?fb_info)用于注冊該驅(qū)動;int unregister_framebuffer(struct fb_info?fb_info)則用于注銷該驅(qū)動。幾乎所有的底層設(shè)備驅(qū)動所要做的事情就是填充fb_inf o結(jié)構(gòu)然后利用上述的兩個函數(shù)向系統(tǒng)注冊或注銷它。

4.3 部分屏幕信息顯示相關(guān)代碼

5 總結(jié)

經(jīng)測試,我的VGA驅(qū)動程序在IMX6平臺上能夠成功添加和實現(xiàn)。文中給出了VGA驅(qū)動的整體架構(gòu)并對一些主要的工作模塊和機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的講解,同時對主要模塊的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論。我在實現(xiàn)VGA模塊的開發(fā)和移植過程中通過閱讀大量的相關(guān)資料,聽取指導(dǎo)老師的一些建議,對Linux下ARM嵌入式開發(fā)積累了大量的經(jīng)驗,大大的提高了我的解決調(diào)通驅(qū)動的能力,加深了對Android的整體架構(gòu)的理解,知識面的不足也充分暴露出來亟待改正。

[1]王振麗.Android底層開發(fā)技術(shù)實戰(zhàn)詳解——內(nèi)核、移植和驅(qū)動[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012,(8).

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