Linux LCD驱动开发

一、硬件准备与原理

1. LCD接口类型

   • RGB并行接口：需配置时序参数（HSYNC/VSYNC/DCLK）
   • LVDS：差分信号传输，需设置通道映射
   • MIPI-DSI：高速串行接口，需初始化CMD/VIDEO模式
   • SPI接口：用于小屏驱动（如128x64 OLED）

2. 关键硬件参数

   • 分辨率：如800x480
   • 像素格式：RGB565、ARGB8888
3. 时序参数（以RGB为例）：

   h_back_porch = 40;   // 行后沿
   h_front_porch = 5;   // 行前沿
   h_sync_len = 48;     // 行同步脉冲宽度
   v_back_porch = 13;   // 场后沿
   v_front_porch = 3;   // 场前沿
   v_sync_len = 3;      // 场同步脉冲宽度
   

二、设备树（Device Tree）配置 

&lcdif {
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat /* 数据线 */
               &pinctrl_lcdif_ctrl /* 控制线 */>;
    display = <&display0>;

    display0: display {
        bits-per-pixel = <16>;     // RGB565
        bus-width = <24>;          // 数据线位数

        display-timings {
            native-mode = <&timing0>;
            timing0: timing0 {
                clock-frequency = <33000000>;  // 像素时钟33MHz
                hactive = <800>;               // 水平有效像素
                vactive = <480>;               // 垂直有效像素
                hback-porch = <40>;            // 行后沿
                hfront-porch = <5>;            // 行前沿
                hsync-len = <48>;              // 行同步脉宽
                vback-porch = <13>;            // 场后沿
                vfront-porch = <3>;            // 场前沿
                vsync-len = <3>;               // 场同步脉宽
                hsync-active = <0>;            // 同步信号极性
                vsync-active = <0>;
            };
        };
    };
};

三、驱动开发步骤

1、Framebuffer驱动框架 

static struct fb_ops mylcd_fb_ops = {
    .owner          = THIS_MODULE,
    .fb_setcolreg   = mylcd_setcolreg,     // 调色板设置
    .fb_fillrect    = cfb_fillrect,        // 矩形填充
    .fb_copyarea    = cfb_copyarea,        // 区域复制
    .fb_imageblit   = cfb_imageblit,       // 图像绘制
};

static int mylcd_probe(struct platform_device *pdev)
{
    // 1. 获取设备树参数
    ret = of_get_videomode(np, &vm, OF_USE_NATIVE_MODE);

    // 2. 申请framebuffer
    fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct mylcd_data), &pdev->dev);

    // 3. 配置fb_var_screeninfo
    var->xres = 800;
    var->yres = 480;
    var->bits_per_pixel = 16;

    // 4. 映射显存
    fb_info->screen_base = dma_alloc_wc(dev, fb_size, &dma_handle, GFP_KERNEL);

    // 5. 注册fb设备
    register_framebuffer(fb_info);
}

2、DRM驱动开发（现代内核推荐）

static const struct drm_driver mylcd_drm_driver = {
    .driver_features = DRIVER_MODESET | DRIVER_GEM,
    .gem_prime_export = drm_gem_prime_export,
    .ioctls           = mylcd_ioctls,
    .fops             = &mylcd_drm_fops,
};

static int mylcd_load(struct drm_device *dev)
{
    // 1. 初始化显示控制器
    mylcd_hw_init(dev);

    // 2. 创建DRM crtc/encoder/connector
    drm_crtc_init(dev, &mylcd_crtc, &mylcd_crtc_funcs);
    drm_encoder_init(dev, &mylcd_encoder, &mylcd_encoder_funcs);
    drm_connector_init(dev, &mylcd_connector, &mylcd_connector_funcs);

    // 3. 设置显示模式
    drm_mode_create(dev, &native_mode);
}

四、调试技巧

1. 查看显示参数

   # 查看当前显示模式
   cat /sys/class/graphics/fb0/modes
   
   # 查看显存信息
   dmesg | grep -i dma
   

2. 时序验证工具

   • 示波器测量：检查HSYNC/VSYNC/DCLK波形
   • 逻辑分析仪：捕获RGB数据线信号

3. 常见问题排查

   • 花屏：检查像素格式（RGB565 vs RGB888）
   • 黑屏：确认背光控制信号（GPIO/PWM）
   • 画面偏移：调整前后沿参数

五、性能优化

1. 使用DMA传输

   // 配置DMA描述符
   dma_cap_zero(mask);
   dma_cap_set(DMA_MEMCPY, mask);
   dma_chan = dma_request_channel(mask, NULL, NULL);
   
   // 启动异步传输
   struct dma_async_tx_descriptor *desc;
   desc = dmaengine_prep_dma_memcpy(dma_chan, dst, src, size, 0);
   dmaengine_submit(desc);
   dma_async_issue_pending(dma_chan);
   

2. 双缓冲技术

   // 在驱动中实现页面翻转
   drm_mode_config_funcs.page_flip = mylcd_page_flip;
   
   // 用户空间通过ioctl触发
   struct drm_mode_crtc_page_flip flip = {
       .fb_id = new_fb_id,
       .flags = DRM_MODE_PAGE_FLIP_EVENT,
   };
   ioctl(fd, DRM_IOCTL_MODE_PAGE_FLIP, &flip);
   

   六、完整开发流程示例

   以IMX6ULL + 800x480 RGB屏为例：

3. 硬件连线：

   • RGB数据线：D0-D23 → LCD DB0-DB23
   • 控制线：HSYNC/VSYNC/DCLK → LCD对应引脚
   • 背光控制：GPIO1_IO04 → LCD_BL

4. 设备树配置（见前文）

5. 驱动加载：

   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j4
   insmod mylcd.ko
   

6. 用户空间测试：

   # 显示颜色测试
   echo 0xFF0000 > /sys/class/graphics/fb0/color