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ARM40-A5应用——fbset与液晶屏参数的适配

2018.6.18

版权声明:本文为博主原创文章,允许转载。

在ARM板卡上使用某个型号的LCD,往往要修改LCD驱动程序或者设备树,很不方便。

在ARM40-A5中,我们把常用的LCD型号的配置指令存放在 /etc/init.d/S01user1lcd 文件中,通过修改该文件,即可非常方便的适配不同的LCD。

对于 /etc/init.d/S01user1lcd 文件中未包含的LCD型号,也可通过本文介绍的方法,方便的自行在该文件中添加新的LCD型号。

一、Linux fbset 指令介绍

fbset指令可用于设置framebuffer缓冲区的大小,还能调整画面分辨率,位置,高低宽窄,色彩深度,并可决定是否启动显卡之各项硬件特性。

语法

fbset [-ahinsvVx][-db <信息文件>][-fb <外围设备代号>][--test][显示模式]

参数:

二、fbset 指令在ARM40-A5上的应用

在 /etc/init.d/S01user1lcd 文件中,有如下的内容:

#for TM028HDHG59

#fbset -fb /dev/vfb -g 240 320 240 320 24 -t 142857 38 10 8 4 10 4

#for TM035kdh03,vrefresh=36

#fbset -fb /dev/vfb -g 320 240 320 240 24 -t 254320 19 50 10 13 20 1

#for at043tn24 and G043FW01

#fbset -fb /dev/vfb -g 480 272 480 272 24 -t 180000 2 41 2 11 2 2

#for AT070TN92

#fbset -fb /dev/vfb -g 800 480 800 480 24 -t 30030 210 41 22 21 5 2

#for NL084SV01L

#fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 26040 200 12 5 15 12 5

#for A104SN03

#fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 25000 40 88 1 24 128 3

例如我们现在要使用 NL084SV01L 这一款LCD,则取消LCD配置指令前面的注释,改为:

fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 26040 200 12 5 15 12 5

保存后,reboot 重启 ARM40-A5,即已适配 NL084SV01L,然后可用《ARM40-A5应用程序——液晶屏触摸屏测试程序》介绍的方法,对LCD做简单的测试,观察适配是否完美。

LCD的接线情况,需参阅ARM40-A5的硬件文档、TCON板文档、以及LCD本身的数据手册。

三、fbset 指令参数详解

仍以 NL084SV01L 液晶屏为例,根据该LCD的数据手册,可知其部分参数:

图1

我们参照图1的 Timing characteristics 表格对 fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 26040 200 12 5 15 12 5 中的参数进行解析。

(1)fbset 指令中 -g 800 600 800 600 24 的前两个参数为XRES和YRES,是液晶屏的分辨率,对应于图1中的 thd 和 tvd 。第5个参数24为色彩深度,对于ARM40-A5,若硬件接线为888,则色彩深度为24;若硬件接线为666,则色彩深度为18.

(2)fbset 指令中 -t 26040 200 12 5 15 12 5 的参数,名称依次为 PIXCLOCK、LEFT、RIGHT、UPPER、LOWER、HSLEN、VSLEN,其中:(实际数值与LCD数据手册中的可能稍有差异,需根据调试的情况决定实际数值)

LEFT值200为HBP,“HS Back Porch”;

RIGHT值12为HFP,“HS Front Porch”;

HSLEN值12为HPW或HWH,“HS pluse width”;

XRES+LEFT+RIGHT+HSLEN 应等于 th 的值 1024(CLK),有的LCD给出的 th 值是一个范围,则 XRES+LEFT+RIGHT+HSLEN 的值应在 th 的范围内。

由于 NL084SV01L 未给出LEFT、RIGHT、HSLEN三者的值,本文中三者的值由实际调试得来,其意义在第四节讲解。

UPPER值5为VBP,“VS Back Proch”;

LOWER值15为VFP,“VS Front Porch”;

VSLEN值5为VPW或VWH,“VS pulse width”;

YRES+UPPER+LOWER+VSLEN 应等于 tv 的值 625(H),有的LCD给出的 tv 值是一个范围,则 YRES+UPPER+LOWER+VSLEN 的值应在 tv 的范围内。

由于 NL084SV01L 未给出UPPER、LOWER、VSLEN三者的值,本文中三者的值由实际调试得来,其意义在第四节讲解。

注意:

不同的型号的LCD和CPU/GPU,“VS pulse width”、“VS Front Porch”等术语和缩写会有差异,请注意理解其实质,避免因为术语和缩写的不同产生误解。本文亦未严格统一术语和缩写。

PIXCLOCK的计算公式:

① 假定LCD的刷新率为60Hz,则

(XRES+LEFT+RIGHT+HSLEN) * (YRES+UPPER+LOWER+VSLEN) * 60

= 1024 * 625 * 60 = 38400000

② PIXCLOCK = 10^12/38400000 = 26040

③ 上述计算方式可以这样理解:

th * tv * 刷新率 = fclk                                   // fclk = 1/tc

按实际取的值,计算fclk为:

fclk = 1024 * 625 * 60 = 38.4 MHz               // 与数据手册中的的典型值 1/tc = 38.362MHz 极为接近

PIXCLOCK = tc = 1 / fclk = 26042 (ps)        // 实际取值26040,与数据手册中的典型值26067很接近

上述计算,可参照 AT070TN92、A104SN03等其它液晶屏进一步理解。

液晶屏 fbset 参数的调试,应以其数据手册为基本依据,根据测试时图像的显示情况,反复多次调整,方能得到理想的参数。

四、LCD参数的时序解析

4.1、VSLEN与HSLEN

仍以 NL084SV01L 液晶屏为例,其分辨率为800 * 600,若刷新率为60时,每秒LCD刷 800 * 600 * 60 个像素。 而CPU/GPU 不可能恰好给出 800 * 600 * 60 个像素的信号,这样LCD会无法确知信号的起始和结束,因此需要给信号添加一些标识,方便识别。这一帧信号与下一帧信号之间需要增加一个标识,宽度为VSLEN,为方便行文,以VSLEN指代这个标识。一行信号与下一行信号之间,也需要增加一个标识,宽度为HSLEN,即以HSLEN指代这个标识。

在其它资料中,我们也可以看到类似场同步和行同步的描述:LCD的垂直同步(Vertical Sync),用来表示一帧(Frame)图像的起始的,有的时候也会被称为场同步(即VSLEN);而水平同步(Horizontal Sync),则是用来表示一行像素点(即一帧图像中的一行)的起始的,有的时候也会被称为行同步(即HSLEN)。

4.2、LEFT、RIGHT、UPPER、LOWER

但是,除了给信号添加标识以外,剩余的信号,仍难以恰好是 800 * 600 * 60 个像素,因为这样就要求CPU/GPU与LCD的时序严格同步,实际上有困难。因此,除了VSLEN和HSLEN标识以外,VSLEN和HSLEN的前后,都需要一段时间的空白。VSLEN前的空白为LOWER,其后的空白为UPPER。HSLEN前的空白为RIGHT,其后的空白为LEFT。

我们结合图2、图3做进一步的讲解,在很多LCD数据手册中,都能看到图2、图3,或类似的时序图。

图2

对 fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 26040 200 12 5 15 12 5 来说:

VSLEN值5为“VS pulse width”,即图2中的 tvp;

UPPER值5为“VS Back Proch”,即图2中的 tvb;

LOWER值15为“VS Front Porch”,即图2中的 tvf;

YRES值600为“Vertial Display period”,即图2中的 tvd;

YRES+UPPER+LOWER+VSLEN值625为“Vertical Cycle”,即图中的 tv;

注意:

① VSLEN 前面的空白为LOWER(tvf),其后的空白为UPPER(tvb),可与下文的图5相应证。

② VSLEN、UPPER、LOWER、YRES的单位是PIXCLOCK。

图3

对 fbset -fb /dev/vfb -g 800 600 800 600 24 -t 26040 200 12 5 15 12 5 来说:

HSLEN值12为“HS pulse width”,即图3中的 thp;

LEFT值200为“HS Back Proch”,即图3中的 thb;

RIGHT值12为“HS Front Porch”,即图3中的 thf;

XRES值800为“Hertial Display period”,即图3中的 thd;

XRES+LEFT+RIGHT+HSLEN值1024为“Horizontal Cycle”,即图3中的 th;

注意:

① HSLEN前的空白为RIGHT,即上图thd后面的一段;HSLEN后的空白为LEFT,即上图中thd前面的一段,可与下文的图5对照理解。

② HSLEN、LEFT、RIGHT、XRES的单位是H,即“Horizontal Cycle”,1H = 1024 * PIXCLOCK。

4.3、DE

图4进一步图示了LEFT、RIGHT、UPPER、LOWER、XRES、YRES、VSLEN、HSLEN的关系。

另外,图4中没有使用行同步HS、场同步VS信号,而是使用另一种常见的DE信号,DE信号相对HS、VS来说,只有一根线,其作用仍旧是标识。其中:

UPPER+LOWER+VSLEN = tvdh + tvds + tvp = tv - tvd

LEFT+RIGHT+HSLEN = th - thd

我们经常会碰到LCD数据手册仅给出了DE的时序图,只有tv、tvd、th、thd的数值,这时只有依据上面两个公式,通过反复调试,得到最佳的 fbset 参数。

图4

五、LCD参数的空间域解析

Linux 操作系统源码的 Documentation/fb/framebuffer.txt 文件中,给出了LCD参数的空间域解析,见图5所示。

图5

Documentation/fb/framebuffer.txt 文件中对图5的解释摘录如下:

The frame buffer device expects all horizontal timings in number of dotclocks (in picoseconds, 1E-12 s), and vertical timings in number of scanlines.

The frame buffer device uses the following fields:

- pixclock: pixel clock in ps (pico seconds)

- left_margin: time from sync to picture                // 行同步信号后肩,“HS Back Proch”

- right_margin: time from picture to sync              // 行同步信号前肩,“HS Front Proch”

- upper_margin: time from sync to picture            // 场同步信号后肩,“VS Back Porch”

- lower_margin: time from picture to sync            // 场同步信号前肩,“VS Front Porch”

- hsync_len: length of horizontal sync                   // 行同步信号脉宽,“HS pulse width”

- vsync_len: length of vertical sync                       // 场同步信号脉宽,“VS pulse width”

下面的三张图是《Configuring the LCD Controller of SAMA5D3x Devices》中给的一个计算实例:

六、常见问题

刷新率

有些LCD的刷新率不高,甚至远低于其数据手册中的典型值,此时可以尝试较低的刷新率,例如30、36、40等。

LEFT、RIGHT、UPPER、LOWER

图5转动180°后,LEFT、RIGHT、UPPER、LOWER会两两互换。难以调通时,可以尝试互换LEFT与RIGHT,UPPER与LOWER。

spwg和jeida

液晶屏的接线有spwg和jeida两种接法,请根据LCD数据手册,正确接线。

fbset

本文的fbset与液晶屏参数的适配,仅针对ARM40-A5产品;其它产品极少有类似便利的方法。

参考文章:

Linux fbset命令

https://wizardforcel.gitbooks.io/tutorialspoint-misc/content/linux-ref/316.html

https://www.zzxworld.com/linux/commands/fbset

BusyBox - The Swiss Army Knife of Embedded Linux,Chapter 3. BusyBox Commands,fbset

http://www.spblinux.de/2.0/doc/fbset.html

ABLE User Guide,Chapter 17. Framebuffer commands,fbset

http://www.simtec.co.uk/products/SWABLE/files/userguide-v2.54/userguide/command_fbset.html

NL084SV01L液晶屏数据手册

NL6448BC33-59液晶屏数据手册

Linux 操作系统源码 Documentation/fb/framebuffer.txt 文件

Mstar ScalerTiming调整

LCD RGB 控制技术 时钟篇(上)

https://blog.csdn.net/Richard_LiuJH/article/details/46352857

LCD RGB 控制技术 时钟篇(下)

https://blog.csdn.net/richard_liujh/article/details/46363483

Configuring the LCD Controller of SAMA5D3x Devices

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