基于嵌入式Linux變壓器監(jiān)測終端LCD驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

趙江東 姚有峰 馬小陸

（1皖西學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，安徽 六安 237012）（2安徽工業(yè)大學(xué)電氣信息學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002）

引言

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，用戶對(duì)配電變壓器監(jiān)測終端系統(tǒng)的人機(jī)界面的要求也越來越高，顯示器是主要的人機(jī)交互設(shè)備，但由于傳統(tǒng)的CRT顯示器體積過于龐大等缺點(diǎn)，難以應(yīng)用到配電自動(dòng)化的設(shè)備中[1]。LCD作為新一代的顯示設(shè)備，它能夠顯示字符、漢字及圖形，并且具有功耗低、體積小、重量輕及超薄等許多優(yōu)點(diǎn)，可滿足配電變壓器監(jiān)測終端系統(tǒng)人機(jī)界面日益提高的性能要求[2]。當(dāng)前市場上的變壓器監(jiān)測終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)多是基于嵌入式技術(shù)，硬件采用性價(jià)比非常高的ARM處理器，軟件采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，這使得變壓器監(jiān)測終端具有高精度的數(shù)據(jù)處理和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理等優(yōu)點(diǎn)。本文將闡述在嵌入式Linux變壓器監(jiān)測終端平臺(tái)上液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)方法。

1 TFT-LCD工作原理

TFT-LCD是作為STN-LCD的換代顯示器，它具有響應(yīng)速度快、分辨率高及色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前正取代STN-LCD，被廣泛運(yùn)用到便攜式計(jì)算機(jī)、攝錄像機(jī)及工業(yè)控制儀表等實(shí)際產(chǎn)品中。TFT-LCD的顯示原理如圖1所示。

圖1 TFT-LCD顯示原理

TFT是一個(gè)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，它的柵極電流小，LCD的行和列數(shù)的增加是不會(huì)使驅(qū)動(dòng)的電壓變高，故TFT-LCD可以制作成高分辨率的顯示器。當(dāng)TFT導(dǎo)通的時(shí)候，源極和漏極的電阻較小；當(dāng)TFT被關(guān)斷的時(shí)候，源極和漏極的電阻很大，它近似于開路。顯示驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，某一時(shí)刻只會(huì)有一行的像素被選中，這行的TFT被導(dǎo)通，其它行的像素TFT處于關(guān)斷狀態(tài)。TFT-LCD的色彩豐富，能夠做到真彩顯示，因此其應(yīng)用非常廣泛。

2 Linux下LCD驅(qū)動(dòng)接口

Linux2.2內(nèi)核之后的版本中出現(xiàn)一種驅(qū)動(dòng)接口，即Framebuffer。該接口提供了一種在硬件設(shè)備上處理圖像的方法。Framebuffer代表視頻的硬件設(shè)備，可使應(yīng)用軟件利用其定義來確定界面訪問圖像的硬件設(shè)備[3]。這樣能使應(yīng)用程序在不知道任何的硬件底層驅(qū)動(dòng)內(nèi)容。在Linux系統(tǒng)下LCD驅(qū)動(dòng)的接口框圖如圖2所示。

圖2 Linux系統(tǒng)下LCD驅(qū)動(dòng)的接口框圖

Framebuffer的實(shí)現(xiàn)可以分為兩個(gè)方面：一是對(duì)LCD和相關(guān)部件的初始化；二是對(duì)畫面的緩沖區(qū)讀寫，具體的代碼是read、write、lseek等相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用接口。Framebuffer的完整驅(qū)動(dòng)程序即是這兩個(gè)方面的具體實(shí)現(xiàn)，在Linux的發(fā)行版本中，包含大量設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的源碼，例如drivers/video下提供了多種顯卡Framebuffer的程序，這樣省去了上層程序的工作，只要針對(duì)所用到的LCD模塊類型及接口時(shí)序修改其驅(qū)動(dòng)程序中和底層相關(guān)的代碼，就可以得到需要的LCD驅(qū)動(dòng)程序。

Linux為了便于開發(fā)Framebuffer程序，使用了層次結(jié)構(gòu)。fbmem.c（內(nèi)核源碼driver/video目錄下）源碼位于該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的中心位置。它為上層的用戶空間提供了系統(tǒng)調(diào)用接口，同時(shí)也可以為下層特定硬件提供驅(qū)動(dòng)接口，底層硬件驅(qū)動(dòng)需要用該接口向內(nèi)核注冊(cè)。下面是fbmem.c的一些主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

fb_info為幀緩沖設(shè)備定義的驅(qū)動(dòng)層接口，其定義在內(nèi)核源碼include/linux/fb.h文件中。不僅包含底層函數(shù)，也包含與設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)。每個(gè)幀緩沖的設(shè)備中都有一個(gè)fb_info的結(jié)構(gòu)體與之相對(duì)應(yīng)。它的重要成員有node、fb_var_screeninfo和fbops。node表示特定的Framebuffer，同時(shí)也是一個(gè)Framebuffer設(shè)備的次設(shè)備號(hào)；fb_var_screeninfo記錄了可以修改顯示器控制參數(shù)的內(nèi)容；fb_ops提供了底層驅(qū)動(dòng)的接口。與在編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一樣，需要填寫一個(gè)file_operations結(jié)構(gòu)體，然后使用register_chrdev（）注冊(cè)file_operations。而編寫Framebuffer驅(qū)動(dòng)代碼時(shí)，要填寫fb_ops結(jié)構(gòu)體的相關(guān)成員。

綜上可見，在Linux下Framebuffer的編程框圖如圖3所示。

圖3 Linux下Framebuffer的編程框圖

3 LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

3.1 硬件結(jié)構(gòu)圖

本文中使用的LCD型號(hào)為LQ080V3DG01，是由日本夏普生產(chǎn)的TFT-LCD，基于ARM920T的微處理器S3C2410和LCD液晶模塊的連接圖如圖4所示。

圖4 S3C2410和LQ080V3DG01連接圖

從S3C的LCD控制器引出來的信號(hào)線有24根數(shù)據(jù)線和部分控制線。如果使用256色LCD，則只需要其中低8位的數(shù)據(jù)線。這些線是經(jīng)過74HC245模塊隔離后連接到LCD模塊，在接256色屏?xí)r由這個(gè)芯片完成電平的轉(zhuǎn)換。此外LCD信號(hào)線驅(qū)動(dòng)74HC245的電源是可以選擇的。S3C2410可以安裝5寸的偽彩屏和8寸的真彩屏，其連接原理圖如圖5所示。

3.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)LCD驅(qū)動(dòng)原理和以上硬件結(jié)構(gòu)圖，LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)代碼如下：

3.2.1 LCD 屏參數(shù)初始化[4][5]

圖5 S3C2410與LQ080V3DG01連接原理圖

3.2.2 Linux 系統(tǒng) LCD 初始化

在Linux中對(duì)LCD模塊初始化代碼如下：

3.2.3 頭文件添加

在內(nèi)核/include/asm-arm/arch-s3c2410目錄下創(chuàng)建zjd.h文件，內(nèi)容如下：

3.2.4 配置和編譯內(nèi)核

配置界面如圖6所示：

圖6 內(nèi)核配置LCD模塊

選擇其驅(qū)動(dòng)如下[6][7]：

將重新制作zImage燒寫到系統(tǒng)中，再次啟動(dòng) linux2.6.14以后就可以在LCD上顯示圖形。

4 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的日益提高，用戶對(duì)配電變壓器監(jiān)測終端系統(tǒng)的人機(jī)界面的要求也越來越高，根據(jù)嵌入式Linux下配電變壓器監(jiān)測終端的特點(diǎn)和Linux2.6內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序接口Framebuffer的工作原理，針對(duì)特定TFT-LCD屏詳細(xì)闡述了驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)步驟，最后針對(duì)配電變壓器監(jiān)測終端系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的核心單元S3C2410處理器進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)程序的測試驗(yàn)證。測試結(jié)果表明LCD驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)核機(jī)制極大地優(yōu)化了嵌入式系統(tǒng)友好界面設(shè)計(jì)，為嵌入式LCD模塊的應(yīng)用提供了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

[1]陶維青，馬小陸.基于 430 單片機(jī)的新型配電變壓器遠(yuǎn)方終端的開發(fā)[J].繼電器，2005，（19）：66-67.

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[5]劉志棟.基于嵌入式Linux系統(tǒng)的夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)儀的開發(fā)與研制[D].長春：吉林大學(xué)，2008.

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