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13.TFT LCD Device Driver

13.TFT LCD Device Driver. 목차. 13.1 TFT-LCD 원리 13.1.1 LCD 동작원리 13.1.2 LCD Controller Flow Chart 13.1.3 PXA255 LCD Control Block Diagram 13.1.4 LCD Driver 이해 13.2 Frame Buffer 를 이용한 Programming 13.2.1 Frame Buffer 란 13.2.2 LCD 에 출력하는 원리 13.2.3 LCD 정보 얻어오기

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  1. 13.TFT LCD Device Driver

  2. www.huins.com

  3. 목차 13.1 TFT-LCD 원리 13.1.1 LCD 동작원리 13.1.2 LCD Controller Flow Chart 13.1.3 PXA255 LCD Control Block Diagram 13.1.4 LCD Driver 이해 13.2 Frame Buffer를 이용한 Programming 13.2.1 Frame Buffer란 13.2.2 LCD에 출력하는 원리 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 13.2.4 LCD에 점 찍기 www.huins.com

  4. 13.1.1 LCD 동작 원리 • TFT-LCD 동작원리(1) www.huins.com

  5. 13.1.1 LCD 동작 원리 • TFT-LCD 동작원리(2) 동작 1) Gate Line 전압 인가 2) TFT Turn-on 3) 픽셀에 신호 전압 인가 4) 액정 동작 5) 화면 표시 변화 www.huins.com

  6. 13.1.1 LCD 동작 원리 • TFT-LCD 동작원리(3) www.huins.com

  7. 13.1.1 LCD 동작 원리 • TFT-LCD 동작원리(4) www.huins.com

  8. 13.1.2 LCD Controller Flow Chart www.huins.com

  9. 13.1.3 PXA255-Pro LCD • PXA255 LCD Part Block Diagram(1) www.huins.com

  10. 13.1.3 PXA255 LCD Control Block Diagram • PXA255 LCD Part Block Diagram(2) L_DD[15:0] : LCD에 출력할 LINE DATA L_FCLK : LCD 패널에 수직신호를 인가한다. High로 되었을 때 Horizontal Sync 시그 널이 시작된다. 즉, LCD data에 데이터 출력을 시작할 준비를 한다. L_LCLK : LCD 패널에 수평 신호를 인가한다. 수평신호가 High 일 때, Line 데이터 시작을 의미하고, Low로 되었을 떄 Line 데이터가 유효하다. L_PCLK : LCD pixel clock, active mode에서 lcd controller가 enable 동안 계속적으로toggle 된다. L_BIAS : L_PCLK을 이용하여 L_BIAS가 assert되었을 때 LCD는 L_DD data를 latch한다. Output enable. www.huins.com

  11. 13.1.4 LCD Driver 이해 • LCD Driver 이해(1) • User level에서 전송한 frame buffer data를 LCD driver가 수신하여 LCD controller가 TFT-LCD에 출력한다. • User level과 driver간에 “/dev/fb0”라는 node를 통하여 data를 전송하며, driver가 할당한 memory를 user application에서도 사용할 수 있도록 memory mapping을 한다. • Device Driver Source는 /usr/local/pxa255/linux-2.4.19-cd/drivers/video/pxafb.c 에 위치. www.huins.com

  12. 13.1.4 LCD Driver 이해 • LCD Driver 이해(2) • PXA255는 초기화로 4가지 registers를 setting한다. • LCCR0 : LCD Controller Configuration Register0 • LCD의 종류(color or monochrome), Enable/Disable등을 선택(0x000000F9) • LCCR1 : LCD Controller Configuration Register1 • horizontal signal에 관련된 값(0x06020CEF) • LCCR2 : LCD Controller Configuration Register2 • vertical signal에 관련된 값(0x0102053F) • LCCR3 : pixel clock frequency setting(0x04700005) • TFT-LCD 240 * 380 Pixel Size www.huins.com

  13. 13.1.4 LCD Driver 이해 • LCD Driver 이해(3) • Driver가 하는 주 역할 • 프레임버퍼를 위치시킬 외부메모리의 주소와 LCD의 크기에 따른 프레임버퍼의 메모리구간을 예약하는 일 • DMA에 프레임 버퍼의 포인터를 주어주는 일 • Passive인지 Active인지 설정하는 일 • Dither Logic을 설정하는 일 • LCD로 데이터를 보내기 위한 각 클럭과 시그널들의 타이밍을 설정하는 일 www.huins.com

  14. Frame Buffer

  15. 13.2 Frame Buffer를 이용한 Programming / 13.2.1 Frame Buffer란 • Frame Buffer란 • frame buffer란 linux system에서 그래픽을 표현할 수 있는 hardware를 말함. • PC라면 그래픽 카드, PXA255같으면 LCD controller를 frame buffer 장치라고 함. • frame buffer를 user level application이 제어할 수 있도록 만들어진 device driver를 frame buffer driver라고 함 www.huins.com

  16. User application LCD controller (frame buffer) LCD driver (frame buffer driver) Frame buffer data TFT-LCD 13.2.2 LCD에 출력하는 원리 • LCD에 출력하는 원리 • User level에서 전송한 frame buffer data를 LCD driver가 수신하여 LCD controller가 TFT-LCD에 출력한다. • User level과 driver간에 “/dev/fb0”라는 node를 통하여 data를 전송하며, driver가 할당한 memory를 user application에서도 사용할 수 있도록 memory mapping을 한다. www.huins.com

  17. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(1) • PXA255-PRO 실습보드에 있는 TFT-LCD의 해상도와 할당된 메모리의 크기 등 lcd에 관한 정보를 얻어보자. • 위의 정보들은 <linux/fb.h>에 정의 되어 있는fb_var_screeninfo 와 fb_fix_screeninfo라는구조체에 들어 있다. • 알고자 하는 lcd 정보 • x-resolution • y-resolution • x-resolution(virtual) • y-resolution(virtual) • bpp (bit per pixel) • length of frame buffer memory www.huins.com

  18. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(2) #include<stdio.h> #include<stdlib.h> /*for exit*/ #include<unistd.h>/*for open/close..*/ #include<fcntl.h> /*for O_RDWR*/ #include<sys/ioctl.h> /*for ioctl*/ #include<linux/fb.h>/*for fb_var_screeninfo, FBIOGET_VSCREENINFO*/ #define FBDEVFILE "/dev/fb" int main(){ int fbfd; int ret; struct fb_var_screeninfo fbvar; struct fb_fix_screeninfo fbfix; x-resolution, y-resolution, x-resolution(virtual), y-resolution(virtual), bpp (bit per pixel) 에 대한 정보가 들어 있는 구조체 length of frame buffer memory에 대한 정보가 들어있는 구조체 www.huins.com

  19. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(3) • fb_var_screeninfo 구조체 www.huins.com

  20. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(4) • fb_fix_screeninfo www.huins.com

  21. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(5) fbfd = open(FBDEVFILE, O_RDWR); //frame buffer의 node인 /dev/fb 를 open if(fbfd<0){ perror("fbdev open"); exit(1); } ret = ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fbvar); if(ret < 0){ perror("fbdev ioctl(FSCREENINFO)"); exit(1); } ret = ioctl(fbfd, FBIOGET_FSCREENINFO, &fbfix); if(ret < 0){ perror("fbdev ioctl(FSCREENINFO)"); exit(1); } Kernel로 부터 fb_var_screeninfo 정보를 가져올 때 쓰는 옵션, fbvar에 저장한다. Kernel로 부터 fb_fix_screeninfo정보를 가져올 때 쓰는 옵션, fbfix에 저장한다. www.huins.com

  22. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(6) // x-resolution printf("x-resolutionnn: %d\n", fbvar.xres); //y-resolution printf("y-resolution: %d\n", fbvar.yres); //virtual x-resolution printf("x-resolution(virtual): %d\n", fbvar.xres_virtual); //virtual y-resolution printf("y-resolution(virtual): %d\n", fbvar.yres_virtual); //bpp (bit per pixel) printf("bpp: %d\n", fbvar.bits_per_pixel); //the size of frame buffer memory printf("length of frame buffer memory: %d\n", fbfix.smem_len); close(fbfd); exit(0); return 0; } www.huins.com

  23. 13.2.3 LCD 정보 얻어오기 • LCD 정보 얻어오기(7) • Host에서 위에서 배운 source를 fbinfo.c로 저장한 뒤에 아래와 같이 compile 한다. • minicom이나 NFS 방식을 이용하여 target으로 fbinfo라는 실행 파일을 download한다. www.huins.com

  24. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(1) TFT-LCD 해상도 : 240 * 320 240 320 (0,0) (239,0) TFT - LCD www.huins.com (0,319) (230,319)

  25. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(2) • PXA255-PRO 보드의 LCD는 16bpp를 지원한다. • 즉, 한 pixel를 표현하기 위해 16bit의 색 정보가 필요하다 • MSB에서 LSB 쪽으로 R,G,B 순이다. • 참고로 R=0,G=0,B=0은 black이며, R=255, G=255, B=255는 white이다. www.huins.com

  26. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(3) • makepixel() 함수는 r,g,b 3개의 byte(0~255) 값을 받아서 16bit pixel 값을 만들어 내는 함수이다. unsigned short makepixel(ubyte r, ubyte g, ubyte b) { return (unsigned short)(((r>>3)<<11)|((g>>2)<<5)|(b>>3)); } • 각 색별로 아래 3bit는 버린다. • lseek() 함수를 사용하여 offset을 계산하여 점을 찍는다. • offset=ypos*한줄의 바이트수 + xpos*한 픽셀당 바이트수 • 한픽셀당 바이트수=16/8(16bpp이므로.) • 한줄의 바이트수=한줄의 픽셀 수 * 한픽셀당 바이트수=xres*(16/8) • 결국 offset=ypos*xres*(16/8)+xpos*(16/8) (MSB)15 ~ 11 10 ~ 5 4 ~ 0(LSB) www.huins.com

  27. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(4) • lseek() : 파일 포인터 이동할 때 쓰는 함수 • include <sys/type.h> • include <unistd.h> • 위 2 header file을 include해야 함. • off_t lseek(int fildes, off_t offset, int start_flag); • fildes : 읽고 쓰기 위한 파일 지시자 • offset : 시작 위치에서 더할 바이트 수 • start_flag : 시작지점 지정 • off_t : typedef long off_t; • start_flag • SEEK_SET : 파일 포인터가 어디 있든지 맨 앞으로 옮긴다. • SEEK_CUR : 현재의 파일 포인터를 유지한다. 즉, 현재의 파일 포인터에서부터 읽고 쓴다. • SEEK_END : 파일 포인터를 맨 끝으로 옮긴다. www.huins.com

  28. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(5) lseek (fd, (off_t)+100, SEEK_CUR) 현재의 위치 -100 +100 SEEK_SET SEEK_CUR SEEK_END www.huins.com

  29. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(6) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> /* for exit */ #include <unistd.h> /* for open/close.. */ #include <fcntl.h> /* for O_RDONLY */ #include <sys/ioctl.h> /* for ioctl */ #include <sys/type.h> /* for lseek() */ #include <linux/fb.h> /*for fb_var_screeninfo, FBIOGET_VSCREENINFO*/ #define FBDEVFILE "/dev/fb" typedef unsigned char ubyte; //색 정보를 16bit로 변환 해주는 함수 unsigned short makepixel(ubyte r, ubyte g, ubyte b){ return (unsigned short)(((r>>3)<<11)|((g>>2)<<5)|(b>>3)); } www.huins.com

  30. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(7) int main(){ int fbfd; int ret; struct fb_var_screeninfo fbvar; unsigned short pixel; int offset; //frame buffer driver file point를 얻는다. fbfd = open(FBDEVFILE, O_RDWR); if(fbfd < 0){ perror("fbdev open"); exit(1); } // 커널로부터 lcd에 관한 정보를 fbvar에 저장한다. ret = ioctl(fbfd, FBIOGET_VSCREENINFO, &fbvar); if(ret < 0){ perror("fbdev ioctl"); exit(1); } www.huins.com

  31. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(8) if(fbvar.bits_per_pixel!=16){ //bpp가 16bit인지 check fprintf(stderr, "bpp is not 16\n"); exit(1); } //red 점을 (0,0)에 찍는다. if(lseek(fbfd, 0, SEEK_SET) < 0){ //file point를 맨 앞으로 옮김 perror("fbdev lseek"); exit(1); } pixel = makepixel(&fbvar, 255, 0, 0); /*red pixel*/ write(fbfd, &pixel, 2); /*write 2byte(16bit)*/ //green점을 (100,50)에 찍는다. offset = 50*fbvar.xres*(16/8)+100*(16/8); if(lseek(fbfd, offset, SEEK_SET) < 0){ //file point를 맨 앞에서 offset만큼 옮김 perror("fbdev lseek"); exit(1); } pixel = makepixel(&fbvar, 0, 255, 0); /*green pixel */ write(fbfd, &pixel, 2); /*write 2byte(16bit)*/ www.huins.com

  32. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(9) //blue점을 (50,100)에 찍는다. offset = 100*fbvar.xres*(16/8)+50*(16/8); if(lseek(fbfd, offset, SEEK_SET)<0){ //file point를 맨앞에서 offset만큼 옮김 perror("fbdev lseek"); exit(1); } pixel = makepixel(&fbvar,0,0,255); /*blue pixel */ write(fbfd, &pixel, 2);/*write 2byte(16bit)*/ //white점을 (100,100)에 찍는다. offset = 100*fbvar.xres*(16/8)+100*(16/8); if(lseek(fbfd, offset, SEEK_SET) < 0){ //file point를 맨앞에서 offset만큼 옮김 perror("fbdev lseek"); exit(1); } pixel = makepixel(&fbvar, 255, 255, 255); /*white pixel */ write(fbfd, &pixel, 2); /*write 2byte(16 bit)*/ close(fbfd); exit(0); return 0; } www.huins.com

  33. 13.2.4 LCD에 점 찍기 • LCD에 점 찍기(10) • Host에서 위에서 배운 소스를 fbpixel.c로 저장한 후 아래와 같이 compile한다. • minicom이나 NFS 방식을 이용하여 target으로 fbpixel이라는 실행 파일을 download한다. • target에서 실행하여 결과를 확인한다. % ./fbpixel www.huins.com

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