LCD 原理和移植总结

图1. LCD子系统结构

Framebuffer：是linux的framebuffer驱动在内存开辟的一块显存，存放一帧图像数据。
IPU：是mx51的图像处理单元，里面包含DMA控制器和DI显示接口等。
LCD Driver ：是一块和LCD屏幕整合在一起的驱动芯片，接收IPU传过来的数据和时序信号，转化为有规律的LCD驱动电压。

一幅图像的显示过程是这样的：用户打开/dev/fbx设备，使用mmap()系统调用映射framebuffer内存空间到用户空间，用户直接用 memcpy()复制图像数据到framebuffer，DMA探测到framebuffer数据发生变动，启动DMA传输图像数据到IPUI，PU再根 据framebuffer驱动设置的处理模式对像素数据进行一系列处理，比如framebuffer使用了overlay framebuffer那就启动overlay处理单元混合两个framebuffer的数据，另外IPU还会packing像素数据，比如 framebuffer里像素格式为RGB565，IPU会把他packing成RGB666的格式，以配合LCD模块的接口。IPU处理完数据后，送到 DI，在DI时序模块产生的时序信号同步下，一起输出到LCD驱动芯片。

移植LCD驱动的第一步，是确保IPU输出给LCD Driver的时序、数据、供电信号是对的。
时序信号一般是根据LCD的datasheet上的参数，填写fb_videomode这个结构体：

struct fb_videomode {
        const char *name;        /* optional */
        u32 refresh;                /* optional */
        u32 xres;                // x分辨率
        u32 yres;                // y分辨率
        u32 pixclock;                // 像素时钟频率，即每个时钟周期显示一个像素点
        u32 left_margin;        // 行扫描开始脉冲到一行像素数据开始输出的延迟 hsync<==>DEN
        u32 right_margin;        // 一行像素数据输出完毕到下一行的行扫描开始脉冲间的延迟 DEN <==>hsync
        u32 upper_margin;        // 帧扫描开始脉冲到第一行像素数据开始输出的延迟 vsync<==>DEN(1st line)
        u32 lower_margin;        // 最后一行像素数据输出结束到下一帧的那帧扫描开始脉冲间的延迟DEN(last line)<==>vsync
        u32 hsync_len; // 行扫描脉冲宽度，单位为pixclock
        u32 vsync_len; // 帧扫描脉冲宽度，单位为line
        u32 sync; // 各同步信号的极性定义，如hsync、vsync、DEN的极性等。
        u32 vmode; // 显示模式，逐行还是隔行扫描
        u32 flag; // 一般为0
};

这个结构体定义完之后，对于一般的LCD，在连线正确的情况下，系统启动后应该就出来图像了，此时图像可能是上下跳动或者左右有偏移，这就需要再调整一下 fb_videomode中left/right/upper/lower margin参数。如果上电后没有图像，则首先用示波器检测hsync, vsync,DEN,pclk等波形是否正确，使用双踪示波器通过hsync、vsync与DEN的比对查看left/right/upper /lower margin是否合适。如果这些信号都没有问题，那么说明LCD需要通过spi总线发送命令对其进行初始化。初始化代码一般由LCD厂商提供，不过很多厂 商提供的初始化代码都有问题，会导致LCD白屏或者其他不正常的现象。

TFT LCD的原理：

图2. TFT LCD截面图

TFT LCD主要由两个透明电极，中间的液晶分子和一个有色玻璃组成。在没有通电的情况下，液晶分子呈无规则排列，背光无法透过液晶层。当有外加电场时，液晶分 子顺着电场的方向有序排列，背光可以通过，并且由于有色玻璃的滤光，呈现红，绿，蓝色调，不过，背光的透过率只有10%，这是LCD的一个缺点。

以上是一个像素中的一个RGB分量的产生过程。接下来看看如何整合这个基本单元，组成一个LCD屏幕。

图3. LCD平面图

这个图比上面多出来的是2种长条和一种MOS晶体管。这3个东西的作用是在一定的时序下给各显示电极充电。横向的长条和LCD驱动芯片的Gate Driver连接的，用于打开各行的MOSFET。纵向的长条和LCD驱动芯片的Source Driver连接，代表RGB数据。整个过程大致是这样的：首先第一行的Gate线产生一个充电脉冲，使第一行的MOS管导通，同时Source线那边经 过数模转换后的RGB电压也已经就绪，于是通过MOS管对显示电极充电，每个pixel clock充电一个像素，即3根Source线完成充电。对于320x480的屏，一共有480根Gate线，320x3=960根Source线，则经 过320个pclk后，第一行充电完成，显示出相应的画面。然后，第二行的Gate线产生一个充电脉冲，一次类推，直到最后一行，又从第一行开 始.....

图4. LCD基本结构

图4. LCD传输分解

图5. LCD基本单元图

图6. LCD阵列图

图7. LCD信号图

图8. LCD整体框图

LCD点屏步骤：
1.参考LCD datasheet修改fb_videomode结构体的参数。
2.配置GPIO，点亮LCD背光。
3.参考LCD datasheet看这个LCD是否需要spi总线发送命令进行初始化，一般厂商给datasheet时也会给一份初始化代码，不过有些参数是错误的，需要调整，发送不正确的命令会导致LCD白屏。
4.用示波器测试从LCD控制器出来的Hsync, Vsync, DE, PCLK是否正确，用万用表测量Vio, Vci是否正常。
5.有的LCD Driver需要LCD控制器发出一个CS片选使能信号。
6.用万用表测量LCD的栅压是否正常，一般为9.2V。
7.如果上述步骤后还出不来，再检查LCD初始化命令是否正确，spi时序是否符合。

图像异常处理：
1.驱动问题
上下抖动，左右没对齐：调整left/right/upper/lower margin值
2.LCD初始化命令问题
有纹波：调整VDD/AVDD/VGL/VGH电压
色彩失真：看LCD的RGB模式设置和LCD控制器出来的RGB模式是否一致