嵌入式Linux支持LCD console【转】

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_664c545f0100v9zl.html

转载：http://www.mculee.cn/post/48.html

【1】LCD 驱动基础知识

Linux- 2.6.32.2 内核已经支持S3C2440 的LCD 控制器驱动，但在此我们先介绍一下关于2440 LCD 控制器以及驱动相关的LCD 的一些基础知识。
注意：在此我们只讨论 TFT LCD，也就是真彩屏。
LCD 驱动中最关键的就是时钟频率(Clock frequency)的设置，时钟频率设置不对，LCD的显示就会闪，或者根本没有显示。一般LCD 的Datasheet 上会写有一个推荐的频率，比如mini2440 所用的统宝3.5”LCD，在它的数据手册第13 页，有这样一个表格：

可以看到，这里推荐的时钟频率是6.39MHz，近似于6.4MHz，范围，是5M-6.85MHz。S3C2440 之LCD 控制器与此相关的设置为CLKVAL，通过设置它，就可以在LCD 接口的VCLK引脚上产生LCD 所需要的时钟频率，那么CLKVAL 和VCLK 有何种关系呢？在2440 手册(411页)中，有这样一段描述：

The rate of VCLK signal depends on the CLKVAL
field in the LCDCON1 register. Table 15-3 defines the
relationship of VCLK and CLKVAL. The minimum value of CLKVAL is
0

接下来，手册中提供了它们的数学关系公式：

VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1)x2]

因此可以得出：

VCLK = HCLK / ((CLKVAL+1)*2)

那么HCLK 是多少呢？我们的开发板运行于400Mhz，这个可以在u-boot/cpu/arm920t/start.s 的172行附近可以看到如下代码：

# if
defined(CONFIG_S3C2440)   //the
s3c2440'clock
#define MPLLCON  
0x4C000004   //the address of
register base to the main frequency

   
ldr  r0,
=CLKDIVN         
//FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8
   
mov  r1, #5
   
str  r1, [r0]
   
ldr  r0, =MPLLCON  //the main
frequency is 405MHz 
   
ldr  r1, =0x7f021  //refer to the
manual  PLL VALUE SELECTION TABLE of the s3c2440
chip
   
str  r1, [r0]

可见，FCLK:HCLK:PCLK = 1:4:8，因此得出HCLK=100Mhz，再根据上述公式得出CLKVAL 应为：
CLKVAL=HCLK/(VCLK*2) -1
CLKVAL = 100000000 / (6400000 * 2) - 1 =
6.8
选择最接近的整数值7，并把它写入LCDCON1:17-8(注意：我们实际使用的数值是8)，由此产生的VCLK 频率实测为5.63Mhz 左右，它也是在5-6.85Mhz 之间的数值，如图：

【2】 新内核中的pixclock 参数

在以前较老的 Linux 内核中，对于LCD 寄存器的设置都是这样直接填写CLKVAL 的，但Linux-2.6.32.2 内核却不再使用这样简单直观的方式，而是通过一个称为“pixclock”的参数进行调节，它的计算变的复杂和难以理解，我们不清楚Linux 内核中关于2440 部分的移植为何改变成这样的方式，这有可能是为了和X86 体系中的设置保持一致的风格，下面我们根据实际的代码进行一些推导和说明，但推导结果和我们的实际设置是并不一致的，会有一些误差。
提示：我们实际提供的 pixclock 参数并不是按照以下的方式推导计算出的，而是先确定好CLKVAL 的数值，再反复尝试、猜测得到的。
在 Framebuffer 驱动(linux-2.6.32.2/
drivers/video/s3c2410fb.c)中有这样一个函数：
clkdiv =
DIV_ROUND_UP(s3c2410fb_calc_pixclk(fbi,
var->pixclock),
2);
这里的clkdiv 就是我们上面提到的CLKVAL，而DIV_ROUND_UP 是一个宏定义，它位于include/linux/kernel.h 文件中：
#define DIV_ROUND_UP(n,d) (((n) + (d)
- 1) / (d))
这其实是一个数学概念：向上取整。下面是关于“向上取整”的一段说明：

以下信息来自：http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=743

1>. 问题
A,B 都是整数并且 A>1,
B>1
求┌ A/B ┐ 即 A/B 的上取整。
当 A/B 整除，往上取整返回值为 A/B。
当 不整除，返回值是 int(A/B) + 1
这个算法的一个应用：如果你有一个动态增长的缓冲区，增长的步长是 B,
某一次缓冲区申请的大小是 A，这个时候，就可以用这个算法，计算出缓冲区的一个合
适大小了，正好可以容纳 A，并且不会过于得多，多余部分不会比B 多。
2>. 方法
int( (A+B-1)/B )
3>. HUNTON 的证明
上取整用 UP 表示
由于 A>1、B>1，且A、B 都是整数，所以可以设A=NB+M
其中N 为非负整数，M 为0 到B-1 的数，则
A/B = N + M/B
(A+B-1)/B = N + 1 + (M - 1)/B;
当M 为0 时，
UP(A/B) = N，
int((A+B-1)/B) = N + int(1 - 1/B) = N
当M 为1 到B-1 的数时，0 <= M-1 <=
B-2
UP(A/B) = N + 1，
int((A+B-1)/B) = N + 1 + int((M-1)/B) = N +
1
所以对A>1、B>1 的整数A、B 都有：
UP(A/B) = int((A+B-1)/B)

对于除数为“2”的本算法而言，我们可以简单的理解为“(n/2)+0.5”所对应的整数值，因此这里不可能避免的就出现了误差，也就是说n 的数值是有一定范围的，这里的n 就是“s3c2410fb_calc_pixclk(fbi,
var->pixclock)”，因此上面的公式可以改写为：
clkdiv= s3c2410fb_calc_pixclk(fbi,
var->pixclock)/2 +
0.5
而 s3c2410fb_calc_pixclk(fbi,
var->pixclock) 这个函数在linux-2.6.32.2/drivers/video/s3c2410fb.c
中是这样定义的：

static unsigned int s3c2410fb_calc_pixclk(struct s3c2410fb_info
*fbi,
unsigned long pixclk)
{
unsigned long clk = fbi->clk_rate;
unsigned long long div;

//;这里计算出本函数的结果
div = (unsigned long long)clk * pixclk;
div >>= 12;
do_div(div, 625 * 625UL * 625);
dprintk("pixclk %ld, divisor is %ld\n", pixclk,
(long)div);
return div;
}

因此得出：
clkdiv=clk*pixclk/(10^12)/2 + 0.5
根据实际打印结果验证，此处的clk 其实就是HCLK。
而根据 static void s3c2410fb_activate_var(struct fb_info
*info)函数中的描述，会得出这样一个关系：
CLKVAL=clkdiv-1
再结合从2440 芯片手册得到的公式CLKVAL=HCLK/(VCLK*2) -1，因此可以得出大致这样的结果(“大致”可以理解为一定的误差范围)：
Pixclk=(HCLK-VLCK)x10^12/HCLK*VCLK
以我们所用的统宝屏为例：
HCLK=100Mhz=100,000,000Hz
VLCK=6.4Mhz=6400,000Hz
因此计算出：pixclk =146250，单位是ps(picoseconds)，这和我们实际设置的数值170000是有一定误差的。
另外 ， 在 Linux 内核文档中， 还有另外一种计算pixclock 的方式， 见linux/Documentation/fb/framebuffer.txt，在此我们就不再详细介绍了，感兴趣的可以自己看下，或者到网上查下相关资料。
如果你对这些参数比较“晕”，建议你按照友善官方已经移植验证好的参数进行设置，下面是具体的参考步骤。

【3】在内核中添加各种LCD 类型的支持

打开 arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c，定位到114行到157行之间，先删除之前的LCD 设备平台代码，如下：

static struct s3c2410fb_display mini2440_lcd_cfg
__initdata = {

.lcdcon5 =
S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
    
S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
    
S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
    
S3C2410_LCDCON5_PWREN |
    
S3C2410_LCDCON5_HWSWP,

.type  =
S3C2410_LCDCON1_TFT,

.width  =
240,
 .height  =
320,

.pixclock =
166667,
 .xres  =
240,
 .yres  =
320,
 .bpp  =
16,
 .left_margin = 20,
 .right_margin = 8,
 .hsync_len = 4,
 .upper_margin = 8,
 .lower_margin = 7,
 .vsync_len = 4,
};

static struct s3c2410fb_mach_info mini2440_fb_info
__initdata = {
 .displays =
&mini2440_lcd_cfg,
 .num_displays = 1,
 .default_display = 0,

#if 0
 
 .gpccon  =
0xaa940659,
 .gpccon_mask = 0xffffffff,
 .gpcup  =
0x0000ffff,
 .gpcup_mask = 0xffffffff,
 .gpdcon  =
0xaa84aaa0,
 .gpdcon_mask = 0xffffffff,
 .gpdup  =
0x0000faff,
 .gpdup_mask = 0xffffffff,
#endif

.lpcsel  =
((0xCE6) & ~7) |
1<<4,
};
再把友善之臂已经移植好的代码加入，如下：

//;NEC 3.5”LCD 的配置和参数设置
#if defined(CONFIG_FB_S3C2410_N240320)
#define LCD_WIDTH 240
#define LCD_HEIGHT 320
#define LCD_PIXCLOCK 100000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 36
#define LCD_LEFT_MARGIN 19
#define LCD_HSYNC_LEN 5
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;夏普8”LCD 的配置和参数设置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_TFT640480)
#define LCD_WIDTH 640
#define LCD_HEIGHT 480
#define LCD_PIXCLOCK 80000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 67
#define LCD_LEFT_MARGIN 40
#define LCD_HSYNC_LEN 31
#define LCD_UPPER_MARGIN 25
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;统宝3.5”LCD 的配置和参数设置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_T240320)
#define LCD_WIDTH 240
#define LCD_HEIGHT 320
#define LCD_PIXCLOCK 146250//170000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 25
#define LCD_LEFT_MARGIN 0
#define LCD_HSYNC_LEN 4
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 4
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;群创7”LCD 的配置和参数设置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_TFT800480)
#define LCD_WIDTH 800
#define LCD_HEIGHT 480
#define LCD_PIXCLOCK 11463//40000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 67
#define LCD_LEFT_MARGIN 40
#define LCD_HSYNC_LEN 31
#define LCD_UPPER_MARGIN 25
#define LCD_LOWER_MARGIN 5
#define LCD_VSYNC_LEN 1
//;LCD2VGA(分辨率为1024x768)模块的配置和参数设置
#elif defined(CONFIG_FB_S3C2410_VGA1024768)
#define LCD_WIDTH 1024
#define LCD_HEIGHT 768
#define LCD_PIXCLOCK 80000
#define LCD_RIGHT_MARGIN 15
#define LCD_LEFT_MARGIN 199
#define LCD_HSYNC_LEN 15
#define LCD_UPPER_MARGIN 1
#define LCD_LOWER_MARGIN 1
#define LCD_VSYNC_LEN 1
#define LCD_CON5 (S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
S3C2410_LCDCON5_HWSWP)
#endif
#if defined (LCD_WIDTH)
static struct s3c2410fb_display mini2440_lcd_cfg __initdata =
{
#if !defined (LCD_CON5)
.lcdcon5 = S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
S3C2410_LCDCON5_PWREN |
S3C2410_LCDCON5_HWSWP,
#else
.lcdcon5 = LCD_CON5,
#endif
.type = S3C2410_LCDCON1_TFT,
.width = LCD_WIDTH,
.height = LCD_HEIGHT,
.pixclock = LCD_PIXCLOCK,
.xres = LCD_WIDTH,
.yres = LCD_HEIGHT,
.bpp = 16,
.left_margin = LCD_LEFT_MARGIN + 1,
.right_margin = LCD_RIGHT_MARGIN + 1,
.hsync_len = LCD_HSYNC_LEN + 1,
.upper_margin = LCD_UPPER_MARGIN + 1,
.lower_margin = LCD_LOWER_MARGIN + 1,
.vsync_len = LCD_VSYNC_LEN + 1,
};
static struct s3c2410fb_mach_info mini2440_fb_info __initdata =
{
.displays = &mini2440_lcd_cfg,
.num_displays = 1,
.default_display = 0,
.gpccon = 0xaa955699,
.gpccon_mask = 0xffc003cc,
.gpcup = 0x0000ffff,
.gpcup_mask = 0xffffffff,
.gpdcon = 0xaa95aaa1,
.gpdcon_mask = 0xffc0fff0,
.gpdup = 0x0000faff,
.gpdup_mask = 0xffffffff,
.lpcsel = 0xf82,
};
#endif

然后打开drivers/video/Kconfig：

config FB_S3C2410_DEBUG
 bool "S3C2410 lcd debug messages"
 depends on FB_S3C2410
 help
   Turn on debugging messages.
Note that you can set/unset at run time
   through sysfs
choice
 prompt "LCD select"
 depends on FB_S3C2410
 help
  S3C24x0 LCD size
select

config FB_S3C2410_T240320
 boolean "3.5 inch 240X320 Toppoly LCD"
 depends on FB_S3C2410
 help
  3.5 inch 240X320 Toppoly
LCD

config FB_S3C2410_N240320
 boolean "3.5 inch 240X320 NEC LCD"
 depends on FB_S3C2410
 help
  3.5 inch 240x320 NEC
LCD

config FB_S3C2410_TFT640480
 boolean "8 inch 640X480 L80 LCD"
 depends on FB_S3C2410
 help
  8 inch 640X480
LCD

config FB_S3C2410_TFT800480
 boolean "7 inch 800x480 TFT LCD"
 depends on FB_S3C2410
 help
  7 inch 800x480 TFT
LCD

config FB_S3C2410_VGA1024768
 boolean "VGA 1024x768"
 depends on FB_S3C2410
 help
  VGA 1024x768

endchoice

config FB_SM501
 tristate "Silicon Motion SM501 framebuffer
support"
 depends on FB &&
MFD_SM501
 select FB_CFB_FILLRECT
 select FB_CFB_COPYAREA

在arch/arm/mach-mini2440/mach-smdk2440.c中，在初始化部分加入以下代码(检查是否存在)：

static void __init mini2440_map_io(void)
{
 s3c24xx_init_io(mini2440_iodesc,
ARRAY_SIZE(mini2440_iodesc));
 s3c24xx_init_clocks(12000000);
 s3c24xx_init_uarts(mini2440_uartcfgs,
ARRAY_SIZE(mini2440_uartcfgs));
 
}

static void __init
mini2440_machine_init(void)
{
#if defined
(LCD_WIDTH)

 s3c24xx_fb_set_platdata(&mini2440_fb_info);

#endif
 s3c_i2c0_set_platdata(NULL);

s3c_device_nand.dev.platform_data =
&mini2440_nand_info;
 platform_add_devices(mini2440_devices,
ARRAY_SIZE(mini2440_devices));
 //smdk_machine_init();
}

这样，我们就完成了LCD 驱动的移植，如果你需要加入其他型号的LCD 驱动，也可以参照上面的方式复制即可，一般小尺寸的pixclock 参数可以参考统宝3.5”的，超过640x480分辨率的参数可以参考8”LCD 的，特别要注意你使用的LCD 的长宽也要修改。

【4】配置内核并下载到开发板测试

现在，我们在命令行输入:make menuconfig 进入内核配置，依次按下面的子菜单项选择：

Device Drivers --->
    Graphics
support --->
       
<*> Support for frame buffer devices
--->
           
LCD select (3.5 inch 240X320 Toppoly LCD)
--->

(X) 3.5 inch 240X320 Toppoly
LCD   
//选择统宝3.5寸液晶

Console display driver support 
--->

<*> Framebuffer Console
support   //支持Framebuffer控制台

[*]
Select compiled-in fonts  //选择字库，默认VGA 8x8 , VGA 8x16

[*]   VGA 8x8
font

[*]   VGA 8x16
font

[*]
Bootup logo 
--->

[*]   Standard 224-color Linux
logo

按空格或者回车键选择我们需要的 LCD 型号，然后退出保存内核配置。
在命令行执行：
#make uImage
将会生成arch/arm/boot/uImage，把它烧写到开发板中，就可以看到一个小企鹅出现在屏幕上了，如图

而且logo左下方有一个光标提示符在闪动。

( mknod   /dev/fb0  
c   29   0

创建framebuffer设备节点,运行cat
/dev/fb0，如果发现有一堆乱码输出在屏幕上，则表示找到了/dev/fb0这个设备。如果没有，则可能是你的显卡不支持)

【6】通过LCD显示内核启动信息

之前内核通过串口打印内核信息时，内核命令行参数为console=ttySAC0，现在可以多加一项，即“console=ttySAC0, console=tty1 ”。

注意，tty1表示第一个虚拟终端，tty2表示第二个虚拟终端，... ... tty0表示当前虚拟终端。

不过要想通过它来登录，还需要修改inittab文件，增加以下6行：

#/etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
tty1::askfirst:-/bin/sh
tty2::askfirst:-/bin/sh
tty3::askfirst:-/bin/sh
tty4::askfirst:-/bin/sh
tty5::askfirst:-/bin/sh
tty6::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/sbin/reboot

::shutdown:/bin/umount -a –r

这样会在虚拟终端上启动shell程序。在LCD的USB键盘上按下Alt+Fn(n=1~6)可以在第1~6个控制台之间切换。

在串口终端中

[root@mini2440 /]#ls -l /dev/tty0
crw-rw----   
1
root    
root      
4,  
0 Jan  1 00:00 /dev/tty0
[root@mini2440 /]#ls -l /dev/tty1
crw-rw----   
1
root    
root      
4,  
1 Jan  1 00:00 /dev/tty1
[root@mini2440 /]#

可以看到虚拟终端tty0,tty1的主设备号位4，此设备号分别为0和1，c表示是字符设备。

在串口终端中

[root@mini2440 /]#echo hello
>/dev/tty0
[root@mini2440 /]#

可以子在当前LCD上显示hello 字符。

2410上跑的Linux的控制台放到LCD上去，然后用USB键盘作为输入，形成一个小终端。在网上找了一些资料，大部分只是说可以将kernel的启动参数的“console”设置为“tty0”即可，试了一下，修改之后的确可以把内核启动的信息打印到LCD上，但是却无法输入任何信息，没有任何用处。

索性自己研究了一下Linux的配置项，终于可以完全按照自己的意愿实现 LCD+USB键盘的 console了：

第一步，进入“Character devices”：

console" height="660" border="0" width="832">

勾选“[*]   Support for console on
virtual terminal”：

console" height="660" border="0" width="832">

第二步，进入“Console drivers ”-->“Frame-buffer
support”：

console" height="660" border="0" width="832">

console" height="660" border="0" width="832">

取消选择“Support only 8 pixels wide fonts”，并选择“Select compiled-in
fonts”下的某一款字体，参考下图。这一步是为了改善LCD上的显示字体，默认的字体太小了，不好看。

console" height="660" border="0" width="832">

第三步，进入“General setup”：

console" height="660" border="0" width="832">

选择“Support
CONSOLE_PM”。这一步是为了打开光标，否则当使用LCD作为console的时候，没有光标，非常不好用。这一点在网上找了很久都没有找到，非常遗憾。后来索性去读kernel的代码，才发现光标的显示与否，竟然是跟“CONSOLE_PM”选项有关的，一直没想明白为什么~（PM是Power
Management的所写吧？）

console" height="660" border="0" width="832">

最后一步，修改kernel的启动参数。以vivi作为bootloader为例，通常我们使用的启动参数如下：

vivi>param set linux_cmd_line "noinitrd
root=/dev/mtdblock/1 init=/linuxrc console=ttyS0"

这里，console=ttyS0表示使