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整理自韦老师驱动大全学习文档，配合视频使用；

准备

阅读LCD芯片数据手册
LCD显示模块规格书
会看原理图
视频配套代码：IMX6ULL\source\03_LCD
内核自带的IMX6ULL LCD驱动程序
- 驱动源码：Linux-4.9.88\drivers\video\fbdev\mxsfb.c
- 设备树：
  - arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi
  - arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14×14.dts
芯片资料
- IMX6ULL\开发板配套资料\datasheet\Core_board\CPU\IMX6ULLRM.pdf
  - 《Chapter 34 Enhanced LCD Interface (eLCDIF)》
IMX6ULL的LCD裸机程序
- IMX6ULL\source\03_LCD\05_参考的裸机源码\03_font_test

查看厂家已经支持的LCD驱动

1.内核路径：/drivers/video/fbdev ls *.o

2.内核路径：/Linux-4.9.88 make menuconfig

/Device Drivers/Graphics support/Frame buffer Devices

不同接口的LCD硬件

像素：

像素的颜色怎么表示：

用红绿蓝三颜色来表示，可以用24位数据来表示红绿蓝，也可以用16位等等格式，比如：

bpp：bits per pixel，每个像素用多少位来表示
24bpp：实际上会用到32位，其中8位未使用，其余24位中分别用8位表示红(R)、绿(G)、蓝(B)
16bpp：有rbg565，rgb555
- rgb565：用5位表示红、6位表示绿、5位表示蓝
- rgb555：16位数据中用5位表示红、5位表示绿、5位表示蓝，浪费一位

怎么把颜色发给LCD：

假设每个像素的颜色用16位来表示，那么一个LCD的所有像素点假设有xres * y res个，需要的内存为：xres * yres * 16 / 8，也就是要设置所有像素的颜色，需要这么大小的内存。这块内存就被称为framebuffer：

Framebuffer中每块数据对应一个像素
每块数据的大小可能是16位、32位，这跟LCD上像素的颜色格式有关
设置好LCD硬件后，只需要把颜色数据写入Framebuffer即可

统一的LCD硬件模型：

不同接口：

MCU常用的8080接口LCD模组；

LCD（Liquid Crystal Display）的8080接口是一种并行通信接口标准，它得名于早期微处理器Intel 8080。这种接口允许LCD控制器与微处理器之间进行直接的数据交换，而不需要额外的控制逻辑。8080接口通常用于较大型的LCD显示模块，尤其是那些需要快速数据传输和高分辨率的应用中。

8080接口的主要特点包括：

并行数据总线：通常使用8位或16位的并行数据总线来传输数据，这比串行接口快得多，因为一次可以传输多个比特。
独立的读写控制：有单独的读和写控制信号，允许微处理器读取LCD的状态或向LCD写入数据。

地址/数据复用：在一些设计中，地址和数据可能共享相同的总线，通过地址/数据复用（A/D）信号来区分。

控制信号：除了数据总线外，还需要一些控制信号线，如片选（CS）、读/写（R/W）、使能（E）等，以协调数据的传输。

时序要求：8080接口有特定的时序要求，包括设置时间和保持时间，确保数据在传输过程中被正确捕获。

由于其较高的数据传输速率，8080接口在过去非常流行，但在现代设备中，由于成本、功耗和引脚数量的考虑，更倾向于使用SPI、I2C等串行接口。然而，在一些高性能或专业应用中，8080接口仍然被使用。

MPU常用的TFT RGB接口；

TFT（Thin Film Transistor）LCD屏幕的RGB接口是一种直接传输红绿蓝三基色信号的并行接口。这种接口用于将图像数据从主控芯片（通常是微控制器或图形处理器）传输到TFT LCD面板，以显示图像。RGB接口可以提供高质量的图像，因为它直接传输颜色信息，而不是经过压缩或转换。
RGB接口的关键组成部分包括：
1.数据线：

这些线分别传输红色、绿色和蓝色的信号。数据线的数量取决于接口的位深，例如6-bit、16-bit、18-bit或24-bit。例如，一个24-bit的RGB接口会有8条线分别对应红、绿、蓝三种颜色的8-bit数据。
2.同步信号：

垂直同步信号（VSYNC）：表示一行扫描完成，新的一行开始。
水平同步信号（HSYNC）：表示一帧扫描完成，新的一帧开始。
数据使能信号（DE）：指示何时数据线上的数据是有效的。

3.控制信号：

片选信号（CS）：选择特定的LCD模块或芯片。
数据/命令选择（DC）：指示接下来的数据是数据还是命令。

4.电源线：

包括VCC（正电压）和GND（地），以及可能的LED背光控制线。
TFT RGB接口的时序非常重要，必须严格遵守，以确保图像数据正确地显示在屏幕上。时序包括数据的有效期、同步信号的宽度和间隔等。
使用RGB接口的TFT LCD屏幕常见于需要高分辨率和色彩准确性的应用，如工业控制面板、高端消费电子产品和专业监视器。然而，RGB接口的使用也意味着更高的成本和复杂性，因为需要较多的引脚和信号线，这在空间受限或成本敏感的设计中可能不是最佳选择。因此，对于一些应用，更简单的接口如SPI、I2C或串行RGB（如LVDS）可能会被选用。

MIPI标准：

MIPI-DSI、MIPI-CSI、LVDS等接口解析：https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/88891255

MIPI表示Mobile Industry Processor Interface，即移动产业处理器接口。是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准和一个规范。主要是手机内部的接口（摄像头、显示屏接口、射频/基带接口）等标准化，从而减少手机内部接口的复杂程度及增加设计的灵活性。

对于LCD，MIPI接口可以分为3类：

MIPI-DBI (Display Bus Interface)
- 既然是Bus(总线)，就是既能发送数据，也能发送命令，常用的8080接口就属于DBI接口。
- Type B (i-80 system), 8-/9-/16-/18-/24-bit bus
- Type C (Serial data transfer interface, 3/4-line SPI)
MIPI-DPI (Display Pixel Interface)
- Pixel(像素)，强调的是操作单个像素，在MPU上的LCD控制器就是这种接口
- Supports 24 bit/pixel (R: 8-bit, G: 8-bit, B: 8-bit)
- Supports 18 bit/pixel (R: 6-bit, G: 6-bit, B: 6-bit)
- Supports 16 bit/pixel (R: 5-bit, G: 6-bit, B: 5-bit)
MIPI-DSI (Display Serial Interface)
- Serial，相比于DBI、DPI需要使用很多接口线，DSI需要的接口线大为减少
- Supports one data lane/maximum speed 500Mbps
- Supports DSI version 1.01
- Supports D-PHY version 1.00

Frambuffer驱动程序框架

介绍：

Linux的帧缓冲（framebuffer）驱动程序框架是一个用于支持各种显示设备的标准接口。它将显存抽象成一种设备，允许用户空间的应用程序直接访问显示缓冲区进行读写操作，从而实现图形输出。

分为上下两层：

fbmem.c：承上启下
- 实现、注册file_operations结构体
- 把APP的调用向下转发到具体的硬件驱动程序
xxx_fb.c：硬件相关的驱动程序
- 实现、注册fb_info结构体
- 实现硬件操作

驱动核心：

分配 struct fb_info：

framebuffer_alloc

这是帧缓冲的核心数据结构，包含了设备的各种信息，如屏幕大小、颜色深度、缓冲区地址等。

设置fb_info：

var
struct fb_var_screeninfo: 包含了可变的屏幕信息，如分辨率、位深度等。
struct fb_fix_screeninfo: 包含了固定不变的屏幕信息，如物理尺寸、视频内存地址等。
fbops：
这是file_operations结构体的一个子集，专门用于处理帧缓冲设备的特定操作，如fb_read()、fb_write()等。
硬件相关操作

注册fb_info

register_framebuffer

不同接口时序分析

8080接口LCD时序分析

以LCD_3.5寸_320x480_ILI9488液晶显示模块为例

8080接口原理图：

8080接口：

时序图：ILI9488驱动芯片数据手册第325页：

时序最小时间要求：

步骤：因为STM32系列中的高端型号一般含有FSMC（Flexible Static Memory Controller，灵活静态存储器控制器）；

TFT-RGB接口LCD时序分析

LCD数据手册参考：7.0-13SPEC(7寸1024600TN-RGB)

水平和垂直时序图：

时间延迟要求：

电子枪模型：

每来一个DCLK，电子枪向右移动一点；
到达1这个位置后，通过水平同步脉冲信号HSD控制电子枪到达2这个位置；
当电子枪移动到3这个位置后，通过垂直同步脉冲信号VSD控制控制电子枪回到原点位置；

IMX6ULL的LCD控制器

介绍：

LCD控制器是专门设计用于控制和驱动LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）显示内容的集成电路或子系统。它在嵌入式系统中扮演着类似计算机显卡的角色，负责将存储在显存中的图像数据转换成适当的信号，然后发送给LCD面板，以实现图像的显示。

LCD控制器的主要功能包括：

数据传输：从系统的内存中读取图像数据，转换成适合LCD面板的信号格式。
控制信号生成：生成必要的控制信号，如时序信号、刷新率信号等，确保LCD面板正确地显示图像。
显示参数配置：支持不同的显示模式和分辨率，可以根据不同的LCD屏幕规格进行配置，比如像素数量、灰度级别、色彩深度等。
图形处理：可能包含一些基本的图形处理能力，如图像缩放、旋转、翻转和颜色空间转换等。
接口连接：提供与主机处理器或其他组件的接口，如8080接口、SPI、I2C、RGB或TFT-LCD接口等。
省电模式：在不显示图像时，可以进入低功耗模式以节省电力。

不同类型和规模的LCD控制器可以支持不同的LCD类型，包括段式LCD、字符型LCD、图形LCD和TFT-LCD等。例如，有些控制器专门设计用于驱动TFT-LCD，它们通常具备更高级的特性，如高分辨率支持和更快的刷新率。

在嵌入式系统中，LCD控制器可以是独立的芯片，也可以集成在微控制器、微处理器或SoC（System on Chip，系统级芯片）中。例如，S3C44B0X和S3C2440就是包含LCD控制器的SoC，可以支持不同分辨率和色彩深度的LCD屏幕。

IMX6ULL的LCD控制器：

参考资料：IMX6ULL\开发板配套资料\datasheet\Core_board\CPU\IMX6ULLRM.pdf

《Chapter 34 Enhanced LCD Interface (eLCDIF)》

硬件框图：

IMX6ULL的LCD控制器名称为eLCDIF(Enhanced LCD Interface，增强型LCD接口)，主要特性如下：

支持MPU模式：有些显示屏自带显存，只需要把命令、数据发送给显示屏即可；就是前面讲的8080接口
VSYNC模式：跟MPU模式类似，多了VSYNC信号。针对高速数据传输（行场信号）
支持DOTCLK模式：RGB接口，就是前面讲的TFT-RGB接口
支持ITU-R BT.656接口，可以把4:2:2 YcbCr格式的数据转换为模拟电视信号
8/16/18/24/32 bit 的bpp数据都支持，取决于IO的复用设置及寄存器配置
MPU模式，VSYNC模式，DOTCLK模式，都可以配置时序参数。

上图是IMX6ULL的LCD控制器框图。我们在内存中划出一块内存，称之为显存，软件把数据写入显存。设置好LCD控制器之后，它会通过AXI总线协议从显存把RGB数据读入FIFO，再到达LCD接口(LCD Interface)。 LCD控制器有两个时钟域：外设总线时钟域，LCD像素时钟域。前者是用来让LCD控制器正常工作，后者是用来控制电子枪移动。上图的Read_Data操作，在MPU模式下才用到；我们采用的是DCLK模式，因此不予考虑。更详细的内容可以查看IMX6ull芯片手册《Chapter 34 Enhanced LCD Interface (eLCDIF)》。

数据传输与处理：

P213

LCD控制器寄存器简介：

查看任何芯片的LCD控制器寄存器时，记住几个要点：

① 怎么把LCD的信息告诉LCD控制器：即分辨率、行列时序、像素时钟等； ② 怎么把显存地址、像素格式告诉LCD控制器。

上图是我们将要使用到的寄存器，点击上图右边Section/page自动跳转到对应寄存器详细信息；

P126,34.6 eLCDIF Memory Map/Register Definition-eLCDIF内存映射/寄存器定义

LCD驱动程序分析-IMX6ULL

mxsfb.c

LCD驱动程序框架

驱动程序框架+硬件操作

分配 fb_info
设置 fb_info
注册 fb_info
硬件相关的设置（参考裸机代码）：
- 引脚设置
- 时钟设置
- LCD控制器设置

配置引脚

查看LCD原理图确定需要使用的所有引脚；

使用pinctrl子系统配置引脚（有专门工具生成）；

放入设备树

根节点下添加子节点信息：

配置时钟

阅读芯片手册找到需要配置的Clocks；

给设备树子节点添加时钟信息；

参考：arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

定义了3个时钟：

pix：Pixel clock，用于LCD接口，设置为LCD手册上的参数
axi：AXI clock，用于传输数据、读写寄存器，使能即可
disp_axi：一个虚拟的时钟，可以不用设置

                       lcdif: lcdif@021c8000 {
                                compatible = "fsl,imx6ul-lcdif", "fsl,imx28-lcdif";
                                reg = <0x021c8000 0x4000>;
                                interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
                                clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PIX>,
                                         <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_APB>,
                                         <&clks IMX6UL_CLK_DUMMY>;
                                clock-names = "pix", "axi", "disp_axi";
                                status = "disabled";
                        };

驱动获得时钟：

host->clk_pix = devm_clk_get(&host->pdev->dev, "pix");
    if (IS_ERR(host->clk_pix)) {
        host->clk_pix = NULL;
        ret = PTR_ERR(host->clk_pix);
        goto fb_release;
    }

    host->clk_axi = devm_clk_get(&host->pdev->dev, "axi");
    if (IS_ERR(host->clk_axi)) {
        host->clk_axi = NULL;
        ret = PTR_ERR(host->clk_axi);
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to get axi clock: %d\n", ret);
        goto fb_release;
    }

    host->clk_disp_axi = devm_clk_get(&host->pdev->dev, "disp_axi");
    if (IS_ERR(host->clk_disp_axi)) {
        host->clk_disp_axi = NULL;
        ret = PTR_ERR(host->clk_disp_axi);
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to get disp_axi clock: %d\n", ret);
        goto fb_release;
    }

设置频率：只需要设置pixel clock的频率

ret = clk_set_rate(host->clk_pix,
                PICOS2KHZ(fb_info->var.pixclock) * 1000U);

使能时钟

clk_enable_pix(host);
            clk_prepare_enable(host->clk_pix);
        clk_enable_axi(host);
            clk_prepare_enable(host->clk_axi);
        clk_enable_disp_axi(host);
            clk_prepare_enable(host->clk_disp_axi);

配置LCD控制器之获得LCD参数

在设备树里指定LCD参数

framebuffer-mylcd {
            compatible = "100ask,lcd_drv";
            pinctrl-names = "default";
            pinctrl-0 = <&mylcd_pinctrl>;
            backlight-gpios = <&gpio1 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

            clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PIX>,
                     <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_APB>;
            clock-names = "pix", "axi";
            
            display = <&display0>;

            display0: display {
                bits-per-pixel = <24>;
                bus-width = <24>;

                display-timings {
                    native-mode = <&timing0>;

                     timing0: timing0_1024x768 {
                     clock-frequency = <50000000>;
                     hactive = <1024>;
                     vactive = <600>;
                     hfront-porch = <160>;
                     hback-porch = <140>;
                     hsync-len = <20>;
                     vback-porch = <20>;
                     vfront-porch = <12>;
                     vsync-len = <3>;

                     hsync-active = <0>;
                     vsync-active = <0>;
                     de-active = <1>;
                     pixelclk-active = <0>;
                     };

                };
            };            
    };

从设备树获得参数

参考内核文件：

drivers\video\of_display_timing.c
drivers\video\fbdev\mxsfb.c

配置LCD控制器之寄存器操作

配合视频食用

单buffer和多buffer区别

源码

内核自带的LCD驱动程序
- IMX6ULL驱动源码：Linux-4.9.88\drivers\video\fbdev\mxsfb.c
- STM32MP157的驱动程序是基于GPU的，在Linux-5.4里没有mxsfb.c，可以参考另一个：
  - Linux-5.4\drivers\video\fbdev\goldfishfb.c
- 在视频里基于IMX6ULL的mxsfb.c来讲解，我们把这个驱动程序也放到GIT仓库里
  - IMX6ULL\source\03_LCD\12_lcd_drv_imx6ull_from_kernel_4.9.88
  - STM32MP157\source\A7\03_LCD\12_lcd_drv_imx6ull_from_kernel_4.9.88
- 使用多buffer的APP参考程序，在GIT仓库中
  - IMX6ULL\source\03_LCD\13_multi_framebuffer_example\testcamera
  - STM32MP157\source\A7\03_LCD\13_multi_framebuffer_example\testcamera

单Buffer的缺点

如果APP速度很慢，可以看到它在LCD上缓慢绘制图案
即使APP速度很高，LCD控制器不断从Framebuffer中读取数据来显示，而APP不断把数据写入Framebuffer
- 假设APP想把LCD显示为整屏幕的蓝色、红色
- 很大几率出现这种情况：
  - LCD控制器读取Framebuffer数据，读到一半时，在LCD上显示了半屏幕的蓝色
  - 这是APP非常高效地把整个Framebuffer的数据都改为了红色
  - LCD控制器继续读取数据，于是LCD上就会显示半屏幕蓝色、半屏幕红色
  - 人眼就会感觉到屏幕闪烁、撕裂

使用多Buffer来改进

上述两个缺点的根源是一致的：Framebuffer中的数据还没准备好整帧数据，就被LCD控制器使用了。使用双buffer甚至多buffer可以解决这个问题：

假设有2个Framebuffer：FB0、FB1
LCD控制器正在读取FB0
APP写FB1
写好FB1后，让LCD控制器切换到FB1
APP写FB0
写好FB0后，让LCD控制器切换到FB0

流程如下：

驱动：分配多个buffer

fb_info->fix.smem_len = SZ_32M;
fbi->screen_base = dma_alloc_writecombine(fbi->device,
                fbi->fix.smem_len,
                (dma_addr_t *)&fbi->fix.smem_start,
                GFP_DMA | GFP_KERNEL);

驱动：保存buffer信息

fb_info->fix.smem_len  // 含有总buffer大小 
fb_info->var           // 含有单个buffer信息

APP：读取buffer信息

ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix);
ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var);

// 计算是否支持多buffer，有多少个buffer
screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
nBuffers = fix.smem_len / screen_size;

APP：使能多buffer

var.yres_virtual = nBuffers * var.yres;
ioctl(fd_fb, FBIOPUT_VSCREENINFO, &var);

APP：写buffer

fb_base = (unsigned char *)mmap(NULL , fix.smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);

/* get buffer */
pNextBuffer =  fb_base + nNextBuffer * screen_size;

/* set buffer */
lcd_draw_screen(pNextBuffer, colors[i]);

APP：开始切换buffer

/* switch buffer */
var.yoffset = nNextBuffer * var.yres;
ioctl(fd_fb, FBIOPAN_DISPLAY, &var);

驱动：切换buffer

// fbmem.c
fb_ioctl
    do_fb_ioctl
        fb_pan_display(info, &var);
            err = info->fbops->fb_pan_display(var, info) // 调用硬件相关的函数

APP：等待切换完成(在驱动程序中已经等待切换完成了，所以这个调用并无必要)

ret = 0;
ioctl(fd_fb, FBIO_WAITFORVSYNC, &ret);

准备

查看厂家已经支持的LCD驱动

不同接口的LCD硬件

Frambuffer驱动程序框架

介绍：

分为上下两层：

驱动核心：

不同接口时序分析

8080接口LCD时序分析

TFT-RGB接口LCD时序分析

IMX6ULL的LCD控制器

IMX6ULL的LCD控制器：

硬件框图：

数据传输与处理：

LCD控制器寄存器简介：

LCD驱动程序分析-IMX6ULL

LCD驱动程序框架

配置引脚

配置时钟

配置LCD控制器之获得LCD参数

从设备树获得参数

配置LCD控制器之寄存器操作

单buffer和多buffer区别

源码

单Buffer的缺点

使用多Buffer来改进

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不同接口的LCD硬件

Frambuffer驱动程序框架

介绍：

分为上下两层：

驱动核心：

不同接口时序分析

8080接口LCD时序分析

TFT-RGB接口LCD时序分析

IMX6ULL的LCD控制器

IMX6ULL的LCD控制器：

硬件框图：

数据传输与处理：

LCD控制器寄存器简介：

LCD驱动程序分析-IMX6ULL

LCD驱动程序框架

配置引脚

配置时钟

配置LCD控制器之获得LCD参数

从设备树获得参数

配置LCD控制器之寄存器操作

单buffer和多buffer区别

源码

单Buffer的缺点

使用多Buffer来改进

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