I.MX6ULL_Linux_驱动篇(46)linux LCD驱动

LCD 是很常用的一个外设,在Linux 下LCD 的使用更加广泛,在搭配 QT 这样的 GUI 库下可以制作出非常精美的 UI 界面。本章我们就来学习一下如何在 Linux 下驱动 LCD 屏幕。

Linux 下 LCD 驱动简析

Framebuffer 设备

先来回顾一下裸机的时候 LCD 驱动是怎么编写的,裸机 LCD 驱动编写流程如下:
①、初始化 I.MX6U 的 eLCDIF 控制器,重点是 LCD 屏幕宽(width)、高(height)、 hspw、hbp、 hfp、 vspw、 vbp 和 vfp 等信息。
②、初始化 LCD 像素时钟。
③、设置 RGBLCD 显存。
④、应用程序直接通过操作显存来操作 LCD,实现在 LCD 上显示字符、图片等信息。

在Linux中应用程序最终也是通过操作RGB LCD的显存来实现在 LCD 上显示字符、图片等信息。在裸机中我们可以随意的分配显存,但是在 Linux 系统中内存的管理很严格,显存是需要申请的,不是你想用就能用的。而且因为虚拟内存的存在,驱动程序设置的显存和应用程序访问的显存要是同一片物理内存。

为了解决上述问题, Framebuffer 诞生了, Framebuffer 翻译过来就是帧缓冲,简称 fb,因此大家在以后的 Linux 学习中见到“Framebuffer”或者“fb”的话第一反应应该想到 RGBLCD或者显示设备。 fb是一种机制,将系统中所有跟显示有关的硬件以及软件集合起来,虚拟出一个 fb 设备,当我们编写好 LCD 驱动以后会生成一个名为/dev/fbX(X=0~n)的设备,应用程序通过访问/dev/fbX 这个设备就可以访问 LCD。NXP 官方的 Linux 内核默认已经开启了 LCD 驱动,因此我们是可以看到/dev/fb0 这样一个设备,如图所示:

图中的/dev/fb0 就是 LCD 对应的设备文件, /dev/fb0 是个字符设备,因此肯定有file_operations 操作集, fb 的 file_operations 操作集定义在 drivers/video/fbdev/core/fbmem.c 文件中,如下所示:

1495 static const struct file_operations fb_fops = {
1496     .owner = THIS_MODULE,
1497     .read = fb_read,
1498     .write = fb_write,
1499     .unlocked_ioctl = fb_ioctl,
1500 #ifdef CONFIG_COMPAT
1501     .compat_ioctl = fb_compat_ioctl,
1502 #endif
1503     .mmap = fb_mmap,
1504     .open = fb_open,
1505     .release = fb_release,
1506 #ifdef HAVE_ARCH_FB_UNMAPPED_AREA
1507     .get_unmapped_area = get_fb_unmapped_area,
1508 #endif
1509 #ifdef CONFIG_FB_DEFERRED_IO
1510     .fsync = fb_deferred_io_fsync,
1511 #endif
1512     .llseek = default_llseek,
1513 };

关于 fb 的详细处理过程就不去深究了,本章我们的重点是驱动起来 ALPHA 开发板上的LCD。

LCD 驱动简析

LCD 裸机例程主要分两部分:
①、获取 LCD 的屏幕参数。
②、根据屏幕参数信息来初始化 eLCDIF 接口控制器。

不同分辨率的 LCD 屏幕其 eLCDIF 控制器驱动代码都是一样的,只需要修改好对应的屏幕参数即可。屏幕参数信息属于屏幕设备信息内容,这些肯定是要放到设备树中的,因此我们本章实验的主要工作就是修改设备树, NXP 官方的设备树已经添加了 LCD 设备节点,只是此节点的 LCD 屏幕信息是针对 NXP 官方 EVK 开发板所使用的 4.3 寸 480*272 编写的,我们需要将其改为我们所使用的屏幕参数。我们简单看一下 NXP 官方编写的 Linux 下的 LCD 驱动,打开 imx6ull.dtsi,然后找到 lcdif节点内容,如下所示:

1 lcdif: lcdif@021c8000 {
2     compatible = "fsl,imx6ul-lcdif", "fsl,imx28-lcdif";
3     reg = <0x021c8000 0x4000>;
4     interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
5     clocks = <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_PIX>,
6     <&clks IMX6UL_CLK_LCDIF_APB>,
7     <&clks IMX6UL_CLK_DUMMY>;
8     clock-names = "pix", "axi", "disp_axi";
9     status = "disabled";
10 };

上述代码中的 lcdif 节点信息是所有使用 I.MX6ULL 芯片的板子所共有的,并不是完整的 lcdif 节点信息。像屏幕参数这些需要根据不同的硬件平台去添加,比如向 imx6ullalientek-emmc.dts 中的 lcdif 节点添加其他的属性信息。从上述代码可以看出 lcdif 节点的 compatible 属性值为“fsl,imx6ul-lcdif”和“fsl,imx28-lcdif”,因此在 Linux 源码中搜索这两个字符串即可找到 I.MX6ULL 的 LCD 驱动文件,这个文件为 drivers/video/fbdev/mxsfb.c, mxsfb.c就是 I.MX6ULL 的 LCD 驱动文件,在此文件中找到如下内容:

1362 static const struct of_device_id mxsfb_dt_ids[] = {
1363     { .compatible = "fsl,imx23-lcdif", .data = &mxsfb_devtype[0], },
1364     { .compatible = "fsl,imx28-lcdif", .data = &mxsfb_devtype[1], },
1365     { /* sentinel */ }
1366 };
......
1625 static struct platform_driver mxsfb_driver = {
1626     .probe = mxsfb_probe,
1627     .remove = mxsfb_remove,
1628     .shutdown = mxsfb_shutdown,
1629     .id_table = mxsfb_devtype,
1630     .driver = {
1631         .name = DRIVER_NAME,
1632         .of_match_table = mxsfb_dt_ids,
1633         .pm = &mxsfb_pm_ops,
1634     },
1635 };
1636
1637 module_platform_driver(mxsfb_driver);

从上述代码可以看出,这是一个标准的 platform 驱动,当驱动和设备匹配以后mxsfb_probe 函数就会执行。在看 mxsfb_probe 函数之前我们先简单了解一下 Linux 下Framebuffer 驱动的编写流程, Linux 内核将所有的 Framebuffer 抽象为一个叫做 fb_info 的结构体, fb_info 结构体包含了 Framebuffer 设备的完整属性和操作集合,因此每一个 Framebuffer 设备都必须有一个 fb_info。换言之就是, LCD 的驱动就是构建 fb_info,并且向系统注册 fb_info的过程。 fb_info 结构体定义在 include/linux/fb.h 文件里面,内容如下(省略掉条件编译):

448 struct fb_info {
449     atomic_t count;
450     int node;
451     int flags;
452     struct mutex lock; /* 互斥锁 */
453     struct mutex mm_lock; /* 互斥锁,用于 fb_mmap 和 smem_*域*/
454     struct fb_var_screeninfo var; /* 当前可变参数 */
455     struct fb_fix_screeninfo fix; /* 当前固定参数 */
456     struct fb_monspecs monspecs; /* 当前显示器特性 */
457     struct work_struct queue; /* 帧缓冲事件队列 */
458     struct fb_pixmap pixmap; /* 图像硬件映射 */
459     struct fb_pixmap sprite; /* 光标硬件映射 */
460     struct fb_cmap cmap; /* 当前调色板 */
461     struct list_head modelist; /* 当前模式列表 */
462     struct fb_videomode *mode; /* 当前视频模式 */
463
464 #ifdef CONFIG_FB_BACKLIGHT /* 如果 LCD 支持背光的话 */
465     /* assigned backlight device */
466     /* set before framebuffer registration,
467     remove after unregister */
468     struct backlight_device *bl_dev; /* 背光设备 */
469
470     /* Backlight level curve */
471     struct mutex bl_curve_mutex;
472     u8 bl_curve[FB_BACKLIGHT_LEVELS];
473 #endif
......
479     struct fb_ops *fbops; /* 帧缓冲操作函数集 */
480     struct device *device; /* 父设备 */
481     struct device *dev; /* 当前 fb 设备 */
482     int class_flag; /* 私有 sysfs 标志 */
......
486     char __iomem *screen_base; /* 虚拟内存基地址(屏幕显存) */
487     unsigned long screen_size; /* 虚拟内存大小(屏幕显存大小) */
488     void *pseudo_palette; /* 伪 16 位调色板 */
......
507 };

fb_info 结构体的成员变量很多,我们重点关注 var、 fix、 fbops、 screen_base、 screen_size和 pseudo_palette。 mxsfb_probe 函数的主要工作内容为:
①、申请 fb_info。
②、初始化 fb_info 结构体中的各个成员变量。
③、初始化 eLCDIF 控制器。
④、使用 register_framebuffer 函数向 Linux 内核注册初始化好的 fb_info。register_framebuffer函数原型如下:

int register_framebuffer(struct fb_info *fb_info)

函数参数和返回值含义如下:
fb_info:需要上报的 fb_info。
返回值: 0,成功;负值,失败。
接下来我们简单看一下 mxsfb_probe 函数,函数内容如下(有缩减):

1369 static int mxsfb_probe(struct platform_device *pdev)
1370 {
1371     const struct of_device_id *of_id =
1372     of_match_device(mxsfb_dt_ids, &pdev->dev);
1373     struct resource *res;
1374     struct mxsfb_info *host;
1375     struct fb_info *fb_info;
1376     struct pinctrl *pinctrl;
1377     int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
1378     int gpio, ret;
1379
......
1394
1395     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
1396     if (!res) {
1397         dev_err(&pdev->dev, "Cannot get memory IO resource\n");
1398         return -ENODEV;
1399     }
1400
1401     host = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(struct mxsfb_info), GFP_KERNEL);
1402     if (!host) {
1403         dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate IO resource\n");
1404         return -ENOMEM;
1405     }
1406
1407     fb_info = framebuffer_alloc(sizeof(struct fb_info), &pdev->dev);
1408     if (!fb_info) {
1409         dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate fbdev\n");
1410         devm_kfree(&pdev->dev, host);
1411         return -ENOMEM;
1412     }
1413     host->fb_info = fb_info;
1414     fb_info->par = host;
1415
1416     ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, mxsfb_irq_handler, 0,
1417     dev_name(&pdev->dev), host);
1418     if (ret) {
1419         dev_err(&pdev->dev, "request_irq (%d) failed with
1420         error %d\n", irq, ret);
1421         ret = -ENODEV;
1422         goto fb_release;
1423     }
1424
1425     host->base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
1426     if (IS_ERR(host->base)) {
1427         dev_err(&pdev->dev, "ioremap failed\n");
1428         ret = PTR_ERR(host->base);
1429         goto fb_release;
1430     }
......
1461
1462     fb_info->pseudo_palette = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(u32) *
1463     16, GFP_KERNEL);
1464     if (!fb_info->pseudo_palette) {
1465         ret = -ENOMEM;
1466         goto fb_release;
1467     }
1468
1469     INIT_LIST_HEAD(&fb_info->modelist);
1470
1471     pm_runtime_enable(&host->pdev->dev);
1472
1473     ret = mxsfb_init_fbinfo(host);
1474     if (ret != 0)
1475         goto fb_pm_runtime_disable;
1476
1477     mxsfb_dispdrv_init(pdev, fb_info);
1478
1479     if (!host->dispdrv) {
1480         pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev);
1481         if (IS_ERR(pinctrl)) {
1482             ret = PTR_ERR(pinctrl);
1483             goto fb_pm_runtime_disable;
1484         }
1485     }
1486
1487     if (!host->enabled) {
1488         writel(0, host->base + LCDC_CTRL);
1489         mxsfb_set_par(fb_info);
1490         mxsfb_enable_controller(fb_info);
1491         pm_runtime_get_sync(&host->pdev->dev);
1492     }
1493
1494     ret = register_framebuffer(fb_info);
1495     if (ret != 0) {
1496         dev_err(&pdev->dev, "Failed to register framebuffer\n");
1497         goto fb_destroy;
1498     }
......
1525     return ret;
1526 }

第 1374 行, host 结构体指针变量,表示 I.MX6ULL 的 LCD 的主控接口, mxsfb_info 结构体是 NXP 定义的针对 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备结构体。也就是我们前面一直说的设
备结构体,此结构体包含了 I.MX 系列 SOC 的 Framebuffer 设备详细信息,比如时钟、 eLCDIF控制器寄存器基地址、 fb_info 等。
第 1395 行,从设备树中获取 eLCDIF 接口控制器的寄存器首地址,设备树中 lcdif 节点已经设置了 eLCDIF 寄存器首地址为 0X021C8000,因此 res=0X021C8000。
第 1401 行,给 host 申请内存, host 为 mxsfb_info 类型结构体指针。
第 1407 行,给 fb_info 申请内存,也就是申请 fb_info。
第 1413~1414 行,设置 host 的 fb_info 成员变量为 fb_info,设置 fb_info 的 par 成员变量为host。通过这一步就将前面申请的 host 和 fb_info 联系在了一起。
第 1416 行,申请中断,中断服务函数为 mxsfb_irq_handler。
第 1425 行,对从设备树中获取到的寄存器首地址(res)进行内存映射,得到虚拟地址,并保存到 host 的 base 成员变量。因此通过访问 host 的 base 成员即可访问 I.MX6ULL 的整个 eLCDIF
寄存器。其实在 mxsfb.c 中已经定义了 eLCDIF 各个寄存器相比于基地址的偏移值,如下所示:

67 #define LCDC_CTRL 0x00
68 #define LCDC_CTRL1 0x10
69 #define LCDC_V4_CTRL2 0x20
70 #define LCDC_V3_TRANSFER_COUNT 0x20
71 #define LCDC_V4_TRANSFER_COUNT 0x30
......
89 #define LCDC_V4_DEBUG0 0x1d0
90 #define LCDC_V3_DEBUG0 0x1f0

继续回到 mxsfb_probe 函数,第1462 行,给 fb_info 中的 pseudo_palette申请内存。
第 1473 行,调用 mxsfb_init_fbinfo 函数初始化 fb_info,重点是 fb_info 的 var、 fix、 fbops,screen_base 和 screen_size。其中 fbops 是 Framebuffer 设备的操作集, NXP 提供的 fbops 为
mxsfb_ops,内容如下:

987 static struct fb_ops mxsfb_ops = {
988     .owner = THIS_MODULE,
989     .fb_check_var = mxsfb_check_var,
990     .fb_set_par = mxsfb_set_par,
991     .fb_setcolreg = mxsfb_setcolreg,
992     .fb_ioctl = mxsfb_ioctl,
993     .fb_blank = mxsfb_blank,
994     .fb_pan_display = mxsfb_pan_display,
995     .fb_mmap = mxsfb_mmap,
996     .fb_fillrect = cfb_fillrect,
997     .fb_copyarea = cfb_copyarea,
998     .fb_imageblit = cfb_imageblit,
999 };

关于 mxsfb_ops 里面的各个操作函数这里就不去详解的介绍了。 mxsfb_init_fbinfo 函数通过调用 mxsfb_init_fbinfo_dt 函数从设备树中获取到 LCD 的各个参数信息。最后, mxsfb_init_fbinfo
函数会调用 mxsfb_map_videomem 函数申请 LCD 的帧缓冲内存(也就是显存)。
第 1489~1490 行,设置 eLCDIF 控制器的相应寄存器。
第 1494 行,最后调用 register_framebuffer 函数向 Linux 内核注册 fb_info。
mxsfb.c 文件很大,还有一些其他的重要函数,比如 mxsfb_remove、 mxsfb_shutdown 等,这里我们就简单的介绍了一下 mxsfb_probe 函数,至于其他的函数大家自行查阅。

LCD 驱动使用

前面已经说了, 6ULL 的 eLCDIF 接口驱动程序 NXP 已经编写好了,因此 LCD 驱动部分我们不需要去修改。我们需要做的就是按照所使用的 LCD 来修改设备树。重点要注意三个地方:
①、 LCD 所使用的 IO 配置。
②、 LCD 屏幕节点修改,修改相应的属性值,换成我们所使用的 LCD 屏幕参数。
③、 LCD 背光节点信息修改,要根据实际所使用的背光 IO 来修改相应的设备节点信息。
接下来我们依次来看一下上面这两个节点改如何去修改:

LCD 屏幕 IO 配置

首先要检查一下设备树中 LCD 所使用的 IO 配置,这个其实 NXP 都已经给我们写好了,不需要修改,不过我们还是要看一下。打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件,在 iomuxc 节点中
找到如下内容:

1 pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {
2     fsl,pins = <
3         MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00 0x79
4         MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01 0x79
5         MX6UL_PAD_LCD_DATA02__LCDIF_DATA02 0x79
6         MX6UL_PAD_LCD_DATA03__LCDIF_DATA03 0x79
7         MX6UL_PAD_LCD_DATA04__LCDIF_DATA04 0x79
8         MX6UL_PAD_LCD_DATA05__LCDIF_DATA05 0x79
9         MX6UL_PAD_LCD_DATA06__LCDIF_DATA06 0x79
10        MX6UL_PAD_LCD_DATA07__LCDIF_DATA07 0x79
11        MX6UL_PAD_LCD_DATA08__LCDIF_DATA08 0x79
12        MX6UL_PAD_LCD_DATA09__LCDIF_DATA09 0x79
13        MX6UL_PAD_LCD_DATA10__LCDIF_DATA10 0x79
14        MX6UL_PAD_LCD_DATA11__LCDIF_DATA11 0x79
15        MX6UL_PAD_LCD_DATA12__LCDIF_DATA12 0x79
16        MX6UL_PAD_LCD_DATA13__LCDIF_DATA13 0x79
17        MX6UL_PAD_LCD_DATA14__LCDIF_DATA14 0x79
18        MX6UL_PAD_LCD_DATA15__LCDIF_DATA15 0x79
19        MX6UL_PAD_LCD_DATA16__LCDIF_DATA16 0x79
20        MX6UL_PAD_LCD_DATA17__LCDIF_DATA17 0x79
21        MX6UL_PAD_LCD_DATA18__LCDIF_DATA18 0x79
22        MX6UL_PAD_LCD_DATA19__LCDIF_DATA19 0x79
23        MX6UL_PAD_LCD_DATA20__LCDIF_DATA20 0x79
24        MX6UL_PAD_LCD_DATA21__LCDIF_DATA21 0x79
25        MX6UL_PAD_LCD_DATA22__LCDIF_DATA22 0x79
26        MX6UL_PAD_LCD_DATA23__LCDIF_DATA23 0x79
27    >;
28 };
29
30 pinctrl_lcdif_ctrl: lcdifctrlgrp {
31     fsl,pins = <
32         MX6UL_PAD_LCD_CLK__LCDIF_CLK 0x79
33         MX6UL_PAD_LCD_ENABLE__LCDIF_ENABLE 0x79
34         MX6UL_PAD_LCD_HSYNC__LCDIF_HSYNC 0x79
35         MX6UL_PAD_LCD_VSYNC__LCDIF_VSYNC 0x79
36     >;
37     pinctrl_pwm1: pwm1grp {
38         fsl,pins = <
39             MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__PWM1_OUT 0x110b0
40     >;
41 };

第 2~27 行,子节点 pinctrl_lcdif_dat,为 RGB LCD 的 24 根数据线配置项。
第 30~36 行,子节点 pinctrl_lcdif_ctrl, RGB LCD 的 4 根控制线配置项,包括 CLK、ENABLE、 VSYNC 和 HSYNC。
第 37~40 行,子节点 pinctrl_pwm1, LCD 背光 PWM 引脚配置项。这个引脚要根据实际情况设置。
上述代码中默认将 LCD 的电气属性都设置为 0X79,这里将其都改为 0X49,也就是将 LCD 相关 IO 的驱动能力改为 R0/1,也就是降低 LCD 相关 IO 的驱动能力。因为前面已经说了,正点原子的 ALPHA 开发板上的 LCD 接口用了三个 SGM3157 模拟开关,为了防止模拟开关影响到网络,因此这里需要降低 LCD 数据线的驱动能力,如果你所使用的板子没有用到模拟开关那么就不需要将 0X79 改为 0X49。

LCD 屏幕参数节点信息修改

继续在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到 lcdif 节点,节点内容如下所示:

1 &lcdif {
2     pinctrl-names = "default";
3     pinctrl-0 = <&pinctrl_lcdif_dat /* 使用到的 IO */
4     &pinctrl_lcdif_ctrl
5     &pinctrl_lcdif_reset>;
6     display = <&display0>;
7     status = "okay";
8 
9    display0: display { /* LCD 属性信息 */
10     bits-per-pixel = <16>; /* 一个像素占用几个 bit */
11     bus-width = <24>; /* 总线宽度 */
12
13     display-timings {
14         native-mode = <&timing0>; /* 时序信息 */
15         timing0: timing0 {
16             clock-frequency = <9200000>; /* LCD 像素时钟,单位 Hz */
17             hactive = <480>; /* LCD X 轴像素个数 */
18             vactive = <272>; /* LCD Y 轴像素个数 */
19             hfront-porch = <8>; /* LCD hfp 参数 */
20             hback-porch = <4>; /* LCD hbp 参数 */
21             hsync-len = <41>; /* LCD hspw 参数 */
22             vback-porch = <2>; /* LCD vbp 参数 */
23             vfront-porch = <4>; /* LCD vfp 参数 */
24             vsync-len = <10>; /* LCD vspw 参数 */
25
26             hsync-active = <0>; /* hsync 数据线极性 */
27             vsync-active = <0>; /* vsync 数据线极性 */
28             de-active = <1>; /* de 数据线极性 */
29             pixelclk-active = <0>; /* clk 数据线先极性 */
30         };
31     };
32   };
33 };

上述代码就是向 imx6ull.dtsi 文件中的 lcdif 节点追加的内容,我们依次来看一下这些属性都是写什么含义。
第 3 行, pinctrl-0 属性, LCD 所使用的 IO 信息,这里用到了 pinctrl_lcdif_dat、pinctrl_lcdif_ctrl和 pinctrl_lcdif_reset 这三个 IO 相关的节点,pinctrl_lcdif_reset 是 LCD 复位 IO 信息节点,正点原子的 I.MX6U-ALPHA 开发板的 LCD 没有用到复位 IO,因此 pinctrl_lcdif_reset 可以删除掉。
第 6 行, display 属性,指定 LCD 属性信息所在的子节点,这里为 display0,下面就是 display0子节点内容。
第 9~32 行, display0 子节点,描述 LCD 的参数信息,第 10 行的 bits-per-pixel 属性用于指明一个像素占用的 bit 数,默认为 16bit。本教程我们将 LCD 配置为 RGB888 模式,因此一个像素点占用 24bit, bits-per-pixel 属性要改为 24。
第 11 行的 bus-width 属性用于设置数据线宽度,因为要配置为 RGB888 模式,因此 bus-width 也要设置为 24。
第 13~30 行,这几行非常重要!因为这几行设置了 LCD 的时序参数信息, NXP 官方的 EVK开发板使用了一个 4.3 寸的 480*272 屏幕,因此这里默认是按照 NXP 官方的那个屏幕参数设置的。每一个属性的含义后面的注释已经写的很详细了,大家自己去看就行了,这些时序参数就是我们重点要修改的,需要根据自己所使用的屏幕去修改。

LCD 屏幕背光节点信息

正点原子的 LCD 接口背光控制 IO 连接到了 I.MX6U 的 GPIO1_IO08 引脚上, GPIO1_IO08复用为 PWM1_OUT,通过 PWM 信号来控制 LCD 屏幕背光的亮度,正点原子 I.MX6U-ALPHA 开发板的 LCD 背光引脚和 NXP 官方 EVK 开发板的背光引脚一样,因此背光的设备树节点是不需要修改的,但是考虑到其他同学可能使用别的开发板或者屏幕, LCD 背光引脚和 NXP 官方 EVK 开发板可能不同,因此我们还是来看一下如何在设备树中添加背光节点信息。
首先是 GPIO1_IO08 这个 IO 的配置,在 imx6ull-alientek-emmc.dts 中找到如下内容:

1 pinctrl_pwm1: pwm1grp {
2     fsl,pins = <
3         MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__PWM1_OUT 0x110b0
4     >;
5 };

pinctrl_pwm1 节点就是 GPIO1_IO08 的配置节点,从第 3 行可以看出,设置 GPIO1_IO08这个 IO 复用为 PWM1_OUT,并且设置电气属性值为 0x110b0。
LCD 背光要用到 PWM1,因此也要设置 PWM1 节点,在 imx6ull.dtsi 文件中找到如下内容:

1 pwm1: pwm@02080000 {
2     compatible = "fsl,imx6ul-pwm", "fsl,imx27-pwm";
3     reg = <0x02080000 0x4000>;
4     interrupts = <GIC_SPI 83 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
5     clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PWM1>,
6     <&clks IMX6UL_CLK_PWM1>;
7     clock-names = "ipg", "per";
8     #pwm-cells = <2>;
9 };

imx6ull.dtsi 文件中的 pwm1 节点信息大家不要修改,如果要修改 pwm1 节点内容的话请在imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中修改。在整个 Linux 源码文件中搜索 compatible 属性的这两个值即可找到 imx6ull 的 pwm 驱动文件, imx6ull 的 PWM 驱动文件为 drivers/pwm/pwm-imx.c,这里我们就不详细的去分析这个文件了。继续在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中找到向 pwm1追加的内容,如下所示:

1 &pwm1 {
2     pinctrl-names = "default";
3     pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm1>;
4     status = "okay";
5 };

第 3 行,设置 pwm1 所使用的 IO 为 pinctrl_pwm1
第 4 行,将 status 设置为 okay。
如果背光用的其他 pwm 通道,比如 pwm2,那么就需要仿照示例代码的内容,向pwm2 节点追加相应的内容。 pwm 和相关的 IO 已经准备好了,但是 Linux 系统怎么知道PWM1_OUT 就是控制 LCD 背光的呢?因此我们还需要一个节点来将 LCD 背光和 PWM1_OUT连 接 起 来 。 这个节点就是backlight , backlight 节 点 描 述 可 以 参 考
Documentation/devicetree/indings/video/backlight/pwm-backlight.txt 这个文档,此文档详细讲解了backlight 节点该如何去创建,这里大概总结一下:
①、节点名称要为“backlight”。
②、节点的 compatible 属性值要为“pwm-backlight”,因此可以通过在 Linux 内核中搜索“ pwm-backlight ” 来 查 找 PWM 背 光 控 制 驱 动 程 序 , 这 个 驱 动 程 序 文 件 为
drivers/video/backlight/pwm_bl.c,感兴趣的可以去看一下这个驱动程序。
③、pwms属性用于描述背光所使用的PWM以及PWM频率,比如本章我们要使用的pwm1,pwm 频率设置为 5KHz(NXP 官方推荐设置)。
④、 brightness-levels 属性描述亮度级别,范围为 0~255, 0 表示 PWM 占空比为 0%,也就是亮度最低, 255 表示 100%占空比,也就是亮度最高。至于设置几级亮度,大家可以自行填写
此属性。
⑤、 default-brightness-level 属性为默认亮度级别。
根据上述 5 点设置 backlight 节点,这个 NXP 已经给我们设置好了,大家在 imx6ull-alientekemmc.dts 文件中找到如下内容:

backlight {compatible = "pwm-backlight";pwms = <&pwm1 0 5000000>;brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;default-brightness-level = <6>;status = "okay";
};

第 3 行,设置背光使用 pwm1, PWM 频率为 200Hz。
第 4 行,设置背 8 级背光(0~7),分别为 0、 4、 8、 16、 32、 64、 128、 255,对应占空比为0%、 1.57%、 3.13%、 6.27%、 12.55%、 25.1%、 50.19%、 100%,如果嫌少的话可以自行添加一些其他的背光等级值。
第 5 行,设置默认背光等级为 6,也就是 50.19%的亮度。
关于背光的设备树节点信息就讲到这里,整个的 LCD 设备树节点内容我们就讲完了,按照这些节点内容配置自己的开发板即可。

实验

编译新的设备树

等待编译生成新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 设备树文件,一会要使用新的设备树启动Linux 内核。

make dtbs

使能 Linux logo 显示

Linux 内核启动的时候可以选择显示小企鹅 logo,只要这个小企鹅 logo 显示没问题那么我们的 LCD 驱动基本就工作正常了。这个 logo 显示是要配置的,不过 Linux 内核一般都会默认
开启 logo 显示,但是奔着学习的目的,我们还是来看一下如何使能 Linux logo 显示。打开 Linux内核图形化配置界面,按下路径找到对应的配置项:

图中这三个选项分别对应黑白、 16 位、 24 位色彩格式的 logo,我们把这三个都选中,都编译进 Linux 内核里面。设置好以后保存退出,重新编译 Linux 内核,编译完成以后使用新编译出来的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 和 zImage 镜像启动系统,如果 LCD 驱动工作正常的话就会在 LCD 屏幕左上角出现一个彩色的小企鹅 logo,屏幕背景色为黑色,如图 59.4.1.2所示:

设置 LCD 作为终端控制台

我们一直使用SecureCRT作为Linux开发板终端,开发板通过串口和SecureCRT进行通信。现在我们已经驱动起来 LCD 了,所以可以设置 LCD 作为终端,也就是开发板使用自己的显示设备作为自己的终端,然后接上键盘就可以直接在开发板上敲命令了,将 LCD 设置为终端控制台的方法如下:

设置 uboot 中的 bootargs

重启开发板,进入 Linux 命令行,重新设置 bootargs 参数的 console 内容,命令如下所示:

setenv bootargs 'console=tty1 console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.250:/home/zuozhongkai/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.251:192.168.1.250:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off'

注意console设置 ,这里我们设置了两遍 console,第一次设置 console=tty1,也就是设置 LCD 屏幕为控制台,第二遍又设置 console=ttymxc0,115200,也就是设置串口也作为控制台。相当于我们打开了两个 console,一个是 LCD,一个是串口,大家重启开发板就会发现 LCD 和串口都会显示 Linux 启动 log 信息。但是此时我们还不能使用 LCD 作为终端进行交互,因为我们的设置还未完成。

修改/etc/inittab 文件

打开开发板根文件系统中的/etc/inittab 文件,在里面加入下面这一行:

tty1::askfirst:-/bin/sh

修改完成以后保存/etc/inittab 并退出,然后重启开发板,重启以后开发板 LCD 屏幕最后一行会显示下面一行语句:

Please press Enter to activate this console.

上述提示语句说的是:按下回车键使能当前终端,大家可以接上一个 USB 键盘, Linux 内核默认已经使能了 USB 键盘驱动了,因此可以直接使用 USB 键盘。
至此,我们就拥有了两套终端,一个是基于串口的 SecureCRT,一个就是我们开发板的 LCD屏幕,但是为了方便调试,我们以后还是以 SecureCRT 为主。我们可以通过下面这一行命令向
LCD 屏幕输出“hello linux!”

echo hello linux > /dev/tty1

LCD 背光调节

前面已经讲过了,背光设备树节点设置了 8 个等级的背光调节,可以设置为 0~7,我们可以通过设置背光等级来实现 LCD 背光亮度的调节,进入如下目录:

cd /sys/devices/platform/backlight/backlight/backlight

图中的 brightness 表示当前亮度等级, max_brightness 表示最大亮度等级。当前这两个文件内容如图所示:

从图中可以看出,当前屏幕亮度等级为 6,根据前面的分析可以得知,这个是 50%亮度。屏幕最大亮度等级为 7。如果我们要修改屏幕亮度,只需要向 brightness 写入需要设置的屏幕亮
度等级即可。比如设置屏幕亮度等级为 7,那么可以使用如下命令:

echo 7 > brightness

输入上述命令以后就会发现屏幕亮度增大了,如果设置 brightness 为 0 的话就会关闭 LCD背光,屏幕就会熄灭。

LCD 自动关闭解决方法

默认情况下 10 分钟以后 LCD 就会熄屏,这个并不是代码有问题,而是 Linux 内核设置的,就和我们用手机或者电脑一样,一段时间不操作的话屏幕就会熄灭,以节省电能。解决这个问
题有多种方法, 我们依次来看一下:

按键盘唤醒

最简单的就是按下回车键唤醒屏幕,我们在前面将 I.MX6U-ALPHA 开发板上的 KEY按键注册为了回车键,因此按下开发板上的 KEY 按键即可唤醒屏幕。如果开发板上没有按键的话可以外接 USB 键盘,然后按下 USB 键盘上的回车键唤醒屏幕。

关闭 10 分钟熄屏功能

在 Linux 源码中找到 drivers/tty/vt/vt.c 这个文件,在此文件中找到 blankinterval 变量,如下所示

179 static int vesa_blank_mode;
180 static int vesa_off_interval;
181 static int blankinterval = 10*60;

blankinterval 变量控制着 LCD 关闭时间,默认是 10*60,也就是 10 分钟。将 blankinterval的值改为 0 即可关闭 10 分钟熄屏的功能,修改完成以后需要重新编译 Linux 内核,得到新的
zImage,然后用新的 zImage 启动开发板。

编写一个 APP 来关闭熄屏功能

在 ubuntu 中新建一个名为 lcd_always_on.c 的文件,然后在里面输入如下所示内容:

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd;fd = open("/dev/tty1", O_RDWR);write(fd, "\033[9;0]", 8);close(fd);return 0;
}

使用如下命令编译 lcd_always_on.c 这个文件:

arm-linux-gnueabihf-gcc lcd_always_on.c -o lcd_always_on

编译生成 lcd_always_on 以后将此可执行文件拷贝到开发板根文件系统的/usr/bin 目录中,然后给予可执行权限。设置 lcd_always_on 这个软件为开机自启动,打开/etc/init.d/rcS,在此文
件最后面加入如下内容:

/usr/bin/lcd_always_on

修改完成以后保存/etc/init.d/rcS 文件,然后重启开发板即可。关于 Linux 下的 LCD 驱动我们就讲到这里。

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