JZ2440 裸机驱动第13章 LCD控制器(2)

13.2 TFT LCD显示实例

13.2.1 程序设计

本实例的目的是从串口输出一个菜单，从中选择各种方法进行测试，比如画线、

画圆、显示单色、使用调色板等。

13.2.2代码详解

本实例源码在/work/hardware/lcd目录下，与LCD相关的代码有3个文件：lcddrv.c、

framebuffer.c和lcdlib.c(及相应的头文件)。

（1）lcddrv.c封装了对LCD控制器、调色板的访问函数，可以设置LCD的显示模式、

开启/关闭LCD、设置调色板等。

（2）framebuffer.c直接操作帧缓冲区，实现画点、画线、画同心圆、清屏等函数。

（3）lcdlib.c调用前两个文件提供的函数在LCD上进行各种操作。

程序的结构如图13.8所示。

1.main.c

main.c的代码很简单，其主体如下：

 1 c = getc();
 2 printf("%c

", c);
 3 switch(c)
 4 {
 5     case '1':
 6     {
 7         Test_Lcd_Tft_8Bit_240320();
 8         break;
 9     }
10 
11     case '2':
12     {
13         Test_Lcd_Tft_16Bit_240320();
14         break;
15     }
16         
17     case '3':
18     {
19         Test_Lcd_Tft_8Bit_640480();
20         break;
21     }
22         
23     case '4':
24     {
25         Test_Lcd_Tft_16Bit_640480();
26         break;
27     }
28 }

main.c主体代码

它根据串口的输入选择是以哪种显示模式操作LCD，所调用的4个函数都在lcdlib.c中实现。

2.lcdlib.c

8BPP模式将用到调色板，其操作比16BPP模式稍复杂，但大部分仍相似。下面以

Test_Lcd_Tft_8Bit_240320为例进行说明。

 1 行号
 2 11行/*
 3 12行 *以240x320、8BPP的显示模式测试TFT LCD
 4 13行 */
 5 14行void Test_Lcd_Tft_8Bit_240320(void)
 6 15行{
 7 16行    Lcd_Port_Init();                    //设置LCD引脚
 8 17行    Tft_Lcd_Init(MODE_TFT_8BIT_240320); //初始化LCD控制器
 9 18行    Lcd_PowerEnable(0, 1);              //设置LCD_PWREN有效，它用于打开LCD的电源
10 19行    Lcd_EnvidOnOff(1);                  //使能LCD控制器输出信号

lcdlib.c->Test_Lcd_Tft_8bit_240320()_1

第16行设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。

第17行调用Tft_Lcd_Init函数初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、

LCD显示模式、帧缓冲区的地址等，它是lcddrv.c中最复杂的函数，在后面会详细分析这个

函数。

进行第16、17行的初始化之后，只要打开lcd，帧缓冲区中的数据就会被LCD控制器

自动地发送到LCD上去显示。打开操作由18、19行完成。

第18行发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用其打开过关

闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。

第19行使能LCD控制器输出信号。这时，帧缓冲区中数据就开始在LCD上显示出来了。

接下来就是按照设定的流程进行各类操作了，比如画线、清屏等，代码如下：

 1 Lcd_Palette8Bit_Init();    //初始化调色板
 2 ClearScr(0x0);             //清屏
 3 printf("[TFT 64K COLOR(16bpp) LCD TEST]
");
 4 
 5 printf("1. Press any key to draw line
");
 6 get();
 7 DrawLine(0  , 0  , 239, 0  , 0);    //颜色为DEMO256pal[0]
 8 DrawLine(0  , 0  , 0  , 319, 1);    //颜色为DEM0256pal[1]
 9 DrawLine(239, 0  , 239, 319, 2);    //... 
10 DrawLine(0  , 319, 239, 319, 4); 
11 DrawLine(0  , 0  , 239, 319, 8); 
12 DrawLine(239, 0  , 0  , 319, 16); 
13 DrawLine(120, 0  , 120, 319, 32); 
14 DrawLine(0  , 160, 239, 160, 64); 
15 
16 printf("2. Press any key to draw circles
");
17 getc();
18 Mire();
19 
20 printf("3. Press any key to fill the screem with one color
");
21 getc();
22 ClearScr(128);    //输出单色图像，颜色值等于DEMO256pal[128]
23 
24 printf("4. Press any key to fill the screem by temporary palette
");
25 getc();
26 ClearScrWithTmpPlt(0x0000ff);        //输出单色图像，颜色为蓝色
27 
28 printf("5. Press any key to fill the screem by palette
");
29 getc();
30 DisableTmpPlt();                     //关闭临时调色板寄存器
31 ChangePalette(0xffff00);             //改变整个调色板为黄色，输出单色图像
32 
33 printf("6. Press any key to stop the testing
");
34 getc();
35 Lcd_EnvidOnOff(0);
36 }

lcdlib.c->Test_Lcd_Tft_8bit_240320()_2

将上面的函数分成3类：

（1）清屏函数ClearScr、画线函数DrawLine，都是通过framebuffer.c中的PutPixel函数

来设置帧缓冲区的数据，以像素为单位修改颜色来实现的。

（2）Lcd_Palette8Bit_Init函数：设置调色板，ChangePalette函数：通过设置调色板来

实现清屏功能，不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现。

（3）ClearScrWithTmpPlt函数：通过临时调色板寄存器来快速地输出单色的图像，也

不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现

lcddrv.c、framebuffer.c文件中各个函数才是本实例的关键。可以认为lcddrv.c是对操作

各寄存器的封装，framebuffer.c则是对操作图像数据的封装。先看lcddrv.c文件

3.lcddrv.c

这个文件中函数的重点在于Tft_Lcd_Init、Lcd_Palette8Bit_Init。

（1）Lcd_Port_Init函数。

设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。

（2）Tft_Lcd_Init函数。

初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、LCD的显示模式、帧缓冲区的地址等。

首先是对5个控制寄存器LCDCON1~5的设置，代码如下：

 1 /*
 2  *初始化LCD控制器
 3  *输入参数：
 4  *type:显示模式
 5  *   MODE_TFT_8BIT_240320:240*320  8bpp的TFT LCD
 6  *   MODE_TFT_16BIT_240320:240*320 16bpp的TFT LCD
 7  *   MODE_TFT_8BIT_640480:640*480  8bpp的TFT LCD
 8  *   MODE_TFT_16BIT_640480:640*480 16bpp的TFT LCD
 9  */
10 void Tft_Lcd_Init(int type)
11 {
12     switch(type)
13     {
14         case MODE_TFT_8BIT_240320:
15             /*
16             *设置LCD控制器的控制寄存器LCDCON1~5
17             *1.LCDCON1
18             *    设置VCLK的频率：VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1) x 2]
19             *    选择LCD类型：TFT LCD
20             *    设置显示模式：8BPP
21             *    先禁止LCD信号输出
22             *2.LCDCON2/3/4
23             *    设置控制信号的时间参数
24             *    设置分辨率，即行数和列数
25             *现在，可以根据公式算出显示器的分辨率
26             *当HCLK = 100MHz时，
27             *Frame Rate = 1/[{(VSPW+1) + (VBPD+1) + (LIINEVAL+1) + (VFPD+1)} x
28             *                {(HSPW+1) + (HBPD+1) + (HFPD+1) + (HOZVAL+1)} x
29             *                {(2x(CLKVAL+1)/(HCLK))}]
30             *           = 60Hz
31             *3.LCDCON5
32             *    设置显示模式为8BPP时，调色板中的数据格式为5:6:5
33             *    设置HSYNC、VSYNC脉冲的极性(这需要参考具体的LCD的接口信号)：反转字节交换使能
34             */
35     LCDCON1 = (CLKVAL_TFT_240320 << 8) | (LCDTYPE_TFT << 5) | 
36               (BPPMODE_8BPP << 1) | (ENVID_DISABLE << 0);
37     LCDCON2 = (VBPD_240320 << 24) | (LINEVAL_TFT_240320 << 14) | 
38               (VFPD_240320 << 6) | (VSPW_240320);
39     LCDCON3 = (HBPD_240320 << 19) | (HOZVAL_TFT_240320 << 8) | (HFPD_240320);
40     LCDCON4 = HSPW_240320;
41     LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565 << 11) | (HSYNC_INV << 9) | (VSYNC_INV << 8) | 
42               (BSWP << 1);

lcddrv.c->Tft_Lcd_Init()

时间参数VSPW、VBPD、VFPD、HSPW、HBPD、HFPD、CLKVAL的设置可以

从LCD数据手册了解到，或使用经验值，或自行调整，并根据上面的公式确认显示频

率在60Hz左右或之上。

接下来是地址寄存器LCDSADDR1~3的设置，请参考图13.7帧内存与视图的位置关

系。在本程序中，帧内存与视图吻合，即图中的OFFSIZE为0，LCDBANK、LCDBASEU

指向同一个地址(它们是同一个地址的不同位)。

需要注意的是，8BPP的显示模式要用到调色板，帧缓冲区中的数据不是颜色值，而

是调色板中的索引值，真正的颜色值在调色板中。

 1 行号
 2 78行 /* 
 3 79行  *设置LCD控制器的地址寄存器：LCDSADDR1~3
 4 80行  *帧内存与视口(view point)完全吻合
 5 81行  *图像数据格式如下(8BPP时，帧缓冲区中的数据为调色板中的索引值)：
 6 82行  *                |--------- PAGEWIDTH ----------|
 7 83行  *      y/x  0    1    2       239
 8 84行  *       0   idx  idx  idx ... idx
 9 85行  *       1   idx  idx  idx ... idx
10 86行  *1.LCDSADDR1
11 87行  *    设置LCDBANK、LCDBASEU
12 88行  *2.LCDSADDR2
13 89行  *    设置LCDBASEL：帧缓冲区的结束地址A[21:1]
14 90行  *3.LCDSADDR3
15 91行  *    OFFSIZE等于0，PAGEWIDTH等于(240/2)
16 92行  */
17 93行    LCDSADDR1 = ((LCDFRAMEBUFFER >> 22) << 21) | LOWER21BITS (LCDFRAMEBUFFER >> 1);
18 94行    LCDSADDR2 = LOWER21BITS((LCDFRAMEBUFFER+ 
19 95行                (LINEVAL_TFT_240320 + 1) x (HOZVAL_TFT_240320 + 1) x 1) >> 1);
20 96行    LCDSADDR3 = (0 << 11) | (LCD_XSIZE_TFT_240320/2);
21 97行

设置LCD控制器的地址寄存器

第93行将帧缓冲区的开始地址写入LCDSADDR1寄存器。

第94行先计算帧缓冲区的结束地址，再取其位[21:1]存入LCDSADDR2中。这个地址值

在本实例中即是“LCDFRAMEBUFFER+320x240x1”，其中的“x1”表示在8BPP中一个像素

使用1个字节表示(对于16BPP，就是“x2”)。

在设置寄存器的最后，禁止临时调色板寄存器，现在还没用到它。

行号
98行 /*禁止临时调色板寄存器*/
99行 TPAL = 0;
100行

　最后，将显示模式的主要参数记录下来，在framebuffer.c中需要用到。

101行 fb_base_addr = LCDFRAMEBUFFER;
102行 bpp = 8;
103行 xsize = 240;
104行 ysize = 320;
105行

其他显示模式的寄存器设置非常相似，不再赘述。

需要说明的是，显示模式为8BPP时，LCDCON5中BSWAP位设为1，表示“字节交换

使能”，这时帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.6所示；

显示模式为16BPP时，LCDCON5中HWSWAP位设为1，表示“半字交换使能”，这时

帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.5所示。它们都是“低地址的数据”对

应“位置靠前”的像素。

（3）Lcd_Palette8Bit_Init函数。

设置调色板上的数据：调色板大小为256x16，而8BPP模式中每个像素的索引值占据8

位，刚好有256个索引值。代码如下：

 1 行号
 2 296行 /*
 3 297行  *设置调色板
 4 298行  */
 5 299行 void Lcd_Palette8Bit_Init(void)
 6 300行 {
 7 301行    int i;
 8 302行    volatile unsigned int *palette;
 9 303行
10 304行    LCDCON5 |= (FORMAT8BPP_565 << 11);        //设置调色板中数据格式为：5:6:5
11 305行
12 306行    palette = (volatile unsigned int *)PALETTE;
13 307行    for(i = 0; i < 256; i++)
14 308行        *palette++ = DEMO256pal[i];
15 309行 }
16 310行

Lcd_Palette8Bit_Init()

调色板中用16BPP的格式表示颜色。

第307、308行将数组DEMO256pal中数据写入调色板。这个数组中的数据没有

什么特别之处，读者可以自行构造。

（4）ChangePalette函数。

以给定的颜色值填充整个调色板，代码如下：

 1 行号
 2 311行 /*
 3 312行  *改变调色板为一种颜色
 4 313行  *输入参数：
 5 314行  *    color:颜色值，格式为0xRRGGBB
 6 315行  */
 7 316行 void ChangePalette(UINT32 color)
 8 317行 {
 9 318行     int i;
10 319行     unsigned char red, green, blue;
11 320行     UINT32 *palette;
12 321行 
13 322行     palette = (UINT32 *)PALETTE;
14 323行     for(i = 0; i < 256; i++)
15 324行     {
16 325行         red   = (color >> 19) & 0xff;
17 326行         green = (color >> 10) & 0xff; 
18 327行         blue  = (color >> 3)  & 0xff;
19 328行         color = (red << 11) | (green << 5) | blue;    //格式：5:6:5
20 329行 
21 330行         while((LCDCON5 >> 16) == 2);                  //等待直到VSTATUS不为“有效”
22 331行         *palette++ = color;
23 332行     }
24 333行 }
25 334行

ChangePalette()

第330行检测当前VSYNC信号的状态，如果它处于有效的状态，则等待。前面说过，

读写调色板时，VSTATUS、HSTATUS不能处于有效状态。这里当VSTATUS不是“有效”

状态时，HSTATUS也不可能是“有效”状态。

（5）Lcd_PowerEnable函数。

用于控制是否发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用

LCD_PWREN来打开或关闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。代码如下：

 1 /*
 2  *设置是否输出LCD电源开关信号LCD_PWREN
 3  *输入参数：
 4  *    invpwren:0表示LCD_PWREN有效时为正常极性
 5  *             1表示................反转极性
 6  *    pwren   :0表示LCD_PWREN输出有效
 7  *             1表示LCD_PWREN输出无效
 8  */
 9 void Lcd_PowerEnable(int invpwren, int pwren)
10 {
11     GPGCON  = (GPGCON  & (~(3 << 8))) | (3 << 8);    //GPG4用于LCD_PWREN
12     GPGUP   = (GPGUP   & (~(1 << 4))) | (1 << 4);    //禁止内部上拉
13     
14     LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 5))) | (invpwren << 5);    //设置LCD_PWREN的极性：正常/反转
15     LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 3))) | (pwren    << 3);    //设置是否输出LCD_PWREN
16 }

Lcd_PowerEnable()

（6）Lcd_EnvidOnOff函数

用于控制是否使能LCD控制器输出各个LCD信号，当设置如控制寄存器、地址寄存器

之后，即可调用此函数输出各个LCD信号，这样，帧缓冲区中的数据即发送给LCD。代码如下：

 1 /*
 2  *设置LCD控制器是否输出信号
 3  *输入参数：
 4  *onoff：
 5  *    0：关闭
 6  *    1：打开
 7  */
 8 void Lcd_EnvidOnOff(int onoff)
 9 {
10     if(onoff == 1)
11         LCDCON1 |= 1;          //ENVID ON
12     else
13         LCDCON1 &= 0x3fffe;    //ENVID OFF
14 }

Lcd_EnvidOnOff

（7）ClearScrWithTmpPlt、DisableTmpPlt函数。

参考13.13TPAL寄存器格式，ClearScrWithTmpPlt函数设置颜色值并使能TPAL寄

存器，这使得LCD上显示单一颜色图像。DisableTmpPlt函数停止TPAL寄存器的功能，

继续输出帧缓冲区的图像。它们的代码如下：

 1 /*
 2  *使用临时调色板寄存器输出单色图像
 3  *输入参数：
 4  *    color：颜色值，格式为0xRRGGBB
 5  */
 6 void ClearScrWithTmpPlt(UINT32 color)
 7 {
 8     TPAL = (1 << 24) | ((color & 0xffffff) << 0);
 9 }
10 
11 /*
12  *停止使用临时调色板寄存器
13  */
14 void DisableTmpPlt(void)
15 {
16     TPAL = 0;
17 }

ClearScrWithTmpPlt()和DisableTmpPlt()

4.framebuffer.c

此文件有4个函数：画点PutPixel、画线DrawLine、绘制同心圆Mire、清屏ClearScr，

后3个函数都是基于PutPixel函数实现的。画点函数时framebuffer.c文件的核心，它在

帧缓冲区中找到给定坐标的像素的内存，然后修改它的值，代码如下：

 1 行号
 2 8行  extern unsigned int fb_base_addr;
 3 9行  extern unsigned int bpp;
 4 10行 extern unsigned int xsize;
 5 11行 extern unsigned int ysize;
 6 12行 
 7 13行 /*
 8 14行  *画点
 9 15行  *输入参数：
10 16行  *    x、y：像素坐标
11 17行  *    color：颜色值
12 18行  *    对于16BPP：color的格式为0xAARRGGBB(AA = 透明度)，
13 19行  *    需要转换为5:6:5格式
14 20行  *    对于8BPP：color为调色板中索引值，
15 21行  *    其颜色取决于调色板中的数值
16 22行  */
17 23行 void PutPixel(UINT32 x, UINT32 y, UINT32 color)
18 24行 {
19 25行     UINT8 red, green, blue;
20 26行     
21 27行     switch(bpp){
22 28行          case 16:
23 29行             {
24 30行             UINT16 *addr = (UINT16 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);
25 31行             red   = (color >> 19) & 0xff;
26 32行             green = (color >> 10) & 0xff; 
27 33行             blue  = (color >> 3)  & 0xff;
28 34行             color = (red << 11) | (green << 5) | blue;    //格式：5:6:5
29 35行             *addr = (UINT16)color;
30 36行             break;
31 37行              }
32 38行 
33 39行          case 8:
34 40行             {
35 41行             UINT8 *addr = (UINT8 *)fb_base_addr + (y * xsize + x);
36 42行             *addr = (UINT8)color;
37 43行             break;
38 44行             }
39 45行 
40 46行          default:
41 47行             break;
42 48行     }
43 49行 }
44 50行

PutPixel

第8~11行的4个变量在lcddrv.c中的Tft_Lcd_Init函数中设置，PutPixel函数根据它们

来确定给定坐标的像素在帧缓冲区中的地址。

对于16BPP模式，每个像素占2字节；对于8BPP模式，每个像素占1字节。

对于16BPP模式，第31~34行从0xAARRGGBB格式的color变量中，提取8位红色值

的高5位、8位绿色值的高6位、8位蓝色值的高5位组成5:6:5格式的16BPP颜色值。

最后，第35、42行将颜色值(对于8BPP模式，为调色板的索引值)写入帧缓冲区中，

这样，下一次显示时，新颜色即可显示出来。

13.2.3 实例测试

本程序在main函数中通过串口输出一个菜单，用于选择LCD的显示模式进行测试。

实验步骤如下：

（1）使用串口连接开发板和PC，打开PC上串口工具并设置为115200、8N1.

（2）在LCD目录下执行make命令生成lcd可执行程序，烧入NAND Flash后运行。

（3）在PC串口工具上，可以看到如下菜单：

#### Test TFT LCD ####

[1] TFT240320 8Bit

[2] TFT240320 16Bit

[3] TFT640480 8Bit

[4] TFT640480 16Bit

Enter your selection:

（4）可以输入1、2、3或4，然后按照提示输入任意键可一步一步地观察到LCD中图像

的变化。

（5）最后又会出现第（3）步骤的菜单，可以再次选择。

附：代码：

链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab

JZ2440 裸机驱动 第13章 LCD控制器(2)

JZ2440 裸机驱动第13章 LCD控制器(2)