瞭解LCD顯示器的介面及時序； 掌握S3C2410/S3C2440 LCD控制器的使用方法； 瞭解幀緩衝區的概念，掌握如何設置幀緩衝區來顯示圖像； ...
本章目標 瞭解LCD顯示器的介面及時序； 掌握S3C2410/S3C2440 LCD控制器的使用方法； 瞭解幀緩衝區的概念，掌握如何設置幀緩衝區來顯示圖像； 13.1 LCD和LCD控制器 13.1.1 LCD顯示器 1.LCD的種類 2.LCD的介面 CPU或顯卡發出的圖像數據是TTL信號(0~5V、0~3.3V、0~2.5V或0~1.8V)，LCD
本身接收的也是TTL信號。由於TTL信號在高速的長距離傳輸時性能不佳，抗干擾能力 比較差，後來又剔除多種介面，比如LVDS、TDMS、GVIF、P&D、DVI和DFP等。它 們實際上只是將TTL信號編碼成各種信號以便傳輸，在LCD那邊將接收到的信號進行解 碼得到TTL信號。 由於數字介面標準尚未統一，所以使用LCD時需要根據其數據手冊瞭解其介面的定 義。也是基於數字介面標準未統一的原因，市場上大多LCD都採用模擬信號介面，LCD 需要先通過ADC將模擬信號轉換為數字信號才能顯示。 但是不管採用何種數字介面，本質上TTL信號是一樣的。 （1）對於STN LCD STN LCD的數據傳輸方式有3種：4行單掃、4行雙掃、8行單掃。所謂“單掃”是指
對於一整屏的數據，從上到下、從左到右，一個一個地發送出來；“雙掃”是指將一整 屏的數據分為上下兩部分，同時從上到下、從左到右，一個一個地發出來。“4位”、 “8位”是指發送數據時使用多少個數據線。 註意：4位雙掃方式也用到8根數據線，其中4根用於上半屏，4根用於下半屏數據。 出數據信息外，還有其他控制信號，所有TTL信號如表13.1所示。
（2）對於TFT LCD。
TFT LCD的TTL信號與STN類似(如表13.2所示)，只是其數據線多大24根，對應像素值
中的每一位。
13.1.2 S3C2410/S3C2440 LCD控制器介紹
1.S3C2410/S3C2440 LCD控制器的特性與結構
S3C2410/S3C2440 LCD控制器被用來向LCD傳輸圖像數據，並提供必要的控制信號，比如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。可以支持STN LCD和TFT LCD，其特性如下： (BPP表示bit per pixel，即每個像素使用多少位來表示其顏色)。 （1）STN LCD。 ·支持3種掃描方式：4位單掃、4位雙掃和8位單掃。 ·支持單色(1BPP)、4級灰度(2BPP)和16級灰度(4BPP)屏。 ·支持256色(8BPP)和4096色(12BPP)彩色STN屏(CSTN)。 ·支持解析度位640x480、320x240、160x160以及其他規格的多種LCD。 ·虛擬屏幕最大可達4MB。 ·對於256色，解析度有4096x1024、2048x2048、1024x4096等 （2）TFT LCD。 ·支持單色(1BPP)、4級灰度(2BPP)、16級灰度(4BPP)、256色(8BPP)的調色板顯示模式。 ·支持64K(16BPP)和16M(24BPP)色非調色板顯示模式。 ·支持解析度位640x480、320x240及其他多種規格的LCD。 ·虛擬屏幕最大可達4MB。 ·對於64K色，解析度有2048x1024等多種。 S3C2410/S3C2440 LCD控制器提供了驅動STN LCD、TFT LCD所需要的所有信號(如表 13.1、表13.2所示)，另外，還特別提供額外的信號以支持SEC公司生產的TFT LCD。這3類 信號中很大部分是復用的。 S3C2410/S3C2440 LCD控制器的內部結構如圖13.1所示。
REGBANK是LCD控制器的寄存器組，含17個寄存器及一塊256x16的調色板記憶體，
用於設置各項參數。而LCDCDMA則是LCD控制器專用的DMA通道，可以自動地從
系統匯流排上獲取圖像數據，這使得顯示圖像時不需要CPU干擾。VIDPRCS將
LCDCDMA中的數據組合成特性格式(比如4位單掃、4位雙掃和8位單掃等)，然後從
VD[23:0]發送給LCD屏。同時TIMEGEN和LPC3600負責產生LCD屏所需要的控制時
序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然後從VIDEO MUX送給LCD屏。其
中LPC3600專用於SEC TFTLCD。
LCDCDMA中有兩個FIFO：
FIFOH的容量為16(1個字為4位元組)個字，
FIFOL的容量為12個字。
當使用雙掃方式時，FIFOH、FIFOL分別用於傳輸上半屏、下半屏數據；
當使用單掃方式時，只用到FIFOH。當FIFO為空或者其中的數據已經減少到設定的閾值時，LCDCDMA自動發起DMA 傳輸從記憶體中獲得圖像數據。 2.顯示器上數據的組織格式 對於屏幕上的一整幅圖像，它的數據時如何組織的？無論時CRT還是LCD顯示器， 它們都有相同的概念。 一幅圖像被稱為一幀，每幀由多行組成，每行由多個像素組成，每個像素顏色由若幹 位的數據表示。對於單色顯示器，每個像素使用1位來表示，稱為1BPP；對於256色顯 示器，每個像素使用8位來表示，稱為8BPP。 顯示器從屏幕的左上方開始，一行一行第取得每個像素的數據並顯示出來， 當顯示到一行的最右邊時，跳到下一行的最左邊開始顯示下一行； 當顯示完所有行後，跳到左上方開始下一幀。
顯示器沿著“Z”字行的路線進行掃描，使用HSYNC、VSYNC信號來控制掃描路線的 跳轉，HSYNC表示“是跳到最左邊的時候了”，VSYNC表示“是跳到最上邊的時候了”。 在工作中的顯示器上，可以在四周看到黑色的邊框。 上方的黑框是因為當發出VSYNC信號時，需要經過若幹行之後第一行數據才有效； 下方的黑框是因為顯示完所有行的數據時，顯示器還沒有掃描到最下邊(VSYNC信 號還沒有發出)，這時數據已經無效； 左邊的黑框是因為當發出HSYNC信號時，需要經過若幹像素之後第一列數據才有效； 右邊的黑框是因為顯示完一行的數據時，顯示器還沒有掃描到最右邊(HSYNC信號還 沒有發出)，這時數據已經無效； 顯示器只會根據VSYNC、HSYNC信號取得、顯示數據，並不理會該數據是否有效， 何時發出有效數據由顯卡決定。 VSYNC信號出現的頻率表示一秒鐘內能顯示多少幀圖像，稱為垂直頻率或場頻率，這 就是平時常說的“顯示器的頻率”；HSYNC信號出現的頻率稱為水平頻率。 顯示器上，一幀數據的存放位置與VSYNC、HSYNC信號的關係如圖13.2所示。
“有效數據”的行數、列數，即解析度，它與VSYNC、HSYNC信號之間的“距離”等，
都是可以設置的，這由顯卡完成，這些設置在下一節對TFT LCD的操作中都可以看到。
3.TFT LCD的操作
目前市場上主流的LCD為TFT LCD，本章基於TFT LCD來介紹LCD控制器的使用。
對於STN LCD，它所涉及的操作是類似的。
先瞭解TFT LCD的時序，這使得我們在設置各個寄存器時有個形象的概念。每個
VSYNC信號表示一幀數據的開始；每個HSYNC信號表示一行數據的開始，無論這
些數據是否有效；每個VCLK信號表示正在傳輸一個像素的數據，無論它是否有效。
數據是否有效只是對CPU的LCD控制器來說的，LCD根據VSYNC、HSYNC、VCLK
不停地讀取匯流排數據、顯示。
下麵講解時序圖，請參考圖13.3。
（1）VSYNC信號有效時，表示一幀數據的開始；
（2）VSPW表示VSYNC信號的脈衝寬度(VSPW+1)個HSYNC信號周期，即
(VSPW+1)行，這(VSPW+1)行的數據無效；
（3）VSYNC信號脈衝之後，還要經過(VBPD+1)個HSYNC信號周期，有效的行數據
才出現。所以，在VSYNC信號有效之後，總共還要經過(VSPW+1+VBPD+1)個無效的
行，它對應圖13.2上方的邊框，第一個有效的行才出現。
（4）隨後即連續發出(LINEVAL+1)行的有效數據。
（5）最後是(VFPD+1)個無效的行，它對應圖13.2下方的邊框，完整的一幀結束，緊
接著時下一幀的數據了(即下一個VSYNC信號)。
現在深入到一行中像素數據的傳輸過程，它與上面行數據的傳輸過程相似。
（1）HSYNC信號有效時，表示一行數據的開始；
（2）HSPW表示HSYNC信號的脈衝寬度為(HSPW+1)個VCLK信號周期，即(HSPW+1)
個像素，這(HSPW+1)個像素的數據無效。
（3）HSYNC信號脈衝之後，還要經過(HBPD+1)個VCLK信號周期，有效的像素數據
才會出現。所以，在HSYNC信號有效之後，總共還要經過(HSPW+1+HBPD+1)個無效的
像素，它的頻率可以如下計算：
VCLK (Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1x2)]
VSYNC信號的頻率又稱為幀頻率、垂直頻率、場頻率、顯示器的頻率，它可以如下
計算：
Fram Rate = 1 / [ { (VSPW+1) + (VBPD+1) + (LIINEVAL+1) + (VFPD+1) } x
{ (HSPW+1) + (HBPD+1) + (HFPD+1) + (HOZVAL+1)} x
{ 2 x (CLKVAL+1) / (HCLK) } ]
將VSYNC、HSYNC、VCLK等信號的時間參數設置好後，並將幀記憶體(frame memory)
的地址告訴LCD控制器，它即可自動地發起DMA傳輸從幀記憶體中得到圖像數據，最終在上
述信號的控制下出現在數據匯流排VD[23:0]上。用戶只需要把要顯示的圖像數據寫入幀記憶體
中，在這之前，先瞭解一下各種格式的圖像數據在記憶體中如何存儲。
顯示器上每個像素的顏色由3部分組成：紅、綠、藍。它們被稱為三原色，這三者的混合
幾乎可以表示人眼能識別的所有顏色。
LCD控制器可以支持單色(1BPP)、4級灰度(2BPP)、16級灰度(4BPP)、256色(8BPP)
的調色板顯示模式，支持64k(16BPP)和16M(24BPP)非調色板顯示模式。下麵只介紹256
色(8BPP)、64K(16BPP)、16M(24BPP)色顯示模式下，圖像數據的存儲格式。
（1）16M(24BPP)色。
16M(24BPP)色的顯示模式就是使用24位的數據來表示一個像素的顏色，每種原色使用
8位。LCD控制器從記憶體中獲得某個像素的24位顏色值後，直接通過VD[23:0]數據線發送
給LCD。為了方便DMA傳輸，在記憶體中使用4個位元組(32)來表示一個像素，其中3位元組從高
到低分別表示紅、綠、藍，剩餘一個位元組數據無效。是最低位元組還是最高位元組無效，這時
可選擇的，如圖13.4所示。
（2）64K(16BPP)色。
64K(16BPP)色的顯示模式就是使用16位的數據來表示一個像素的顏色。這16位數據
的格式又分為兩種：5(紅):6(綠):5(藍)、5(紅):5(綠):5(藍):1(透明度)。5:5:5:1格式也被稱
為RGBA格式(A:Alpha，表示透明度)。
一個4位元組可以表示兩個16BPP的像素，使用高2位元組還是低2位元組表示第一個像素，這
也是可以選擇的。
顯示模式位16BPP時，記憶體數據與像素位置的關係如圖13.5所示。在5:5:5:1格式下，
VD[18]、VD[10]、VD[2]數據線上的值是一樣的，都表示透明度，圖13.5中的“NC”表示
沒有連接(not connect)。
（3）256色(8BPP)。
256色(8BPP)的顯示模式就是使用8位的數據來表示一個像素的顏色，但是對三種原
色平均下來，每個原色只能使用不到3位的數據表示，即每個原色最多不過8個級別，這不
足以表示更豐富的顏色。
為瞭解決8BPP模式顯示能力不足的問題，需要使用調色板(Paette)。每個像素對應
的8位數據不再用來表示RGB三種顏色，而是表示它在調色板中的索引值。
要顯示這個像素時，使用這個索引值從調色板中去其RGB顏色值。所謂調色板就是一
塊記憶體，可以對每個索引值設置顏色，可以使用24BPP或16BPP。S3C2410/S3C2440中，調色
板是一塊256x16的記憶體，使用16BPP的格式來表示256色(8BPP)顯示模式下的各個索引值的顏
色。這樣，即使使用256色(8BPP)的顯示模式，最終出現在LCD數據匯流排上的仍是16BPP的數據。
一個4位元組可以表示4個8BPP的像素，位元組與像素的對應順序是可以選擇的，如圖
13.6所示。
調色板中數據存放的格式與上面所描述的16BPP顯示模式相似，也分兩種格式：5:6:5、
5:5:5:1.調色板中數據的格式及與LCD數據線VD[23:0]的對應關係，如表13.3和表13.4所示。
註意：① 0x4d00 0400是調色板的起始地址；
② 5:5:5:1格式下，VD18、VD10和VD2三個數據線中都是亮度值1，即最低位的值。
③ 當LCDCON5寄存器中的VSTATUS、HSTATUS有效時，不能讀寫調色板；
各種模式下用來傳輸紅、綠、藍三種原色的顏色值的VD數據線如表13.5所示。
沒有用到的數據線其電平為0，從這個觀點來看，無論是24BPP還是16、8BPP模式， 24根數據線VD[23:0]都被用到了。事實上，一個TFT LCD能處理的像素位寬是固定的，即 它數據線的數目是固定的，紅、藍、綠3類信號線總是連接到各位元組中的高位；軟體設置 24、16、8BPP以及調色板等，只會影響到色值的精度。 4.使用TFT LCD時LCD 控制器的寄存器設置 LCD控制器中REGBANK的17個寄存器可以分為6種，如表13.6所示。
對於TFT LCD，一般情況下只需要設置前兩種寄存器；在8BPP模式下，如果想快速地
輸出一幀單色圖像，可以藉助TPAL寄存器。下麵分別介紹。
(1) LCD控制寄存器LCDCON1。
用於選擇LCD類型、設置像素時鐘、使能LCD信號的輸出等，格式如表13.7所示。
(2)LCD 控制寄存器LCDCON2。
用於設置垂直方向個信號的時間參數，格式如表13.8所示，請參考圖13.3TFT LCD時序圖。
(3)LCD 控制寄存器LCDCON3.
用於設置水平方向各信號的時間參數，格式如下表所示，請參考13.3TFT LCD時序圖。
(4)LCD控制寄存器LCDCON4。
對於TFT LCD，這個寄存器只用來設置HSYNC信號的脈衝寬度，位[7:0]的數值稱為
HSPW，表示脈衝寬度位(HSPW+1)個VCLK周期。
(5)LCD控制寄存器LCDCON5。
用於設置各個控制信號的極性，並可從中讀出一些狀態信息，格式列表如表13.10
所示。
註：可以修改LCDBASEU、LCDBASEL的值來實現圖像的移動，不過不能在一幀圖像的
結束階段(LCDCON1寄存器的LINECNT為0時)進行修改，因為此時LCD控制器會優先取得下一
幀的數據，之後才改變這些值。這樣的話，這些數據與新的幀緩衝區就不一致。
註：OFFSIZE、PAGEWIDTH的值只能在ENVID(LCDCON1寄存器的信號輸出使能位)為0時修改。
(7)臨時調色板寄存器TPAL。
如果要輸出一幀單色的圖像，可以在TPAL寄存器中設定這個顏色值，然後使能TPAL寄存器，
這種方法可以避免修改整個調色板或幀緩衝區。
TPAL寄存器格式如表13.14所示。
註：臨時調色板寄存器TPAL可以在任何顯示模式下，並非只能用在8BPP模式下。
