楼 主:kaifabanlyn 2008年10月7日14:27

 第一款面向高端嵌入式开发应用MCU
长期以来，常见的掌上电脑(PDA)等小型手持式设备上，由于硬件条件的限制，我们看到的显示器件通常是单色LCD，用户界面也非常简单，几乎看不到PC机上美观整齐的图形界面(GUI)支持。因为早期嵌入式处理器的速度有限，在处理图形和多媒体数据方面显得力不从心。 
关键词： 嵌入式处理器 嵌入式系统 arm9  arm处理器 LCD
随着高性能嵌入式处理器的普及和硬件成本的不断降低，尤其是ARM系列处理器的推出，嵌入式系统的功能也越来越强。在多媒体应用的推动下，彩色LCD也越来越多地应用到了嵌入式系统中，如新一代掌上电脑(PDA)多采用TFT显示器件，支持彩色图形界面，图片显示和视频媒体播放。掌上电脑(PDA)的操作系统有微软Window CE，PalmOS等。而Linux做为开放源代码的操作系统也在市场中占据了一席之地。由于Linux成本低廉，任何人都可以得到其源代码并在其基础上进行开发，成为各家厂商极力发展的操作系统，加上其核心小，潜力可观。 
  在应用需求的推动下，Linux下也出现了许多图形界面软件包，如MiniGUI、Trolletech公司的Embedded QT等，其图形界面及开发工具与Windows CE不相上下。在图形软件包的开发和移植工作中都牵涉到底层LCD的驱动问题。笔者参与了一个很有代表性的项目，是基于ARM9的PDA系统的开发，用的是Motorola公司龙珠系列的MC9328MX1。软件采用Linux 2.4.18平台，编译器为gcc的ARM交叉编译器。在移植QT的过程中牵涉到了底层驱动的开发，本文就对相关问题作一探讨。 
  
  硬件平台 
  MC9328MX1(以下简称MX1)是Motorola公司基于ARM核心的第一款MCU，主要面向高端嵌入式应用。内部采用ARM920T内核，并集成了SDRAM/Flash，LCD，USB，蓝牙，多媒体闪存卡(MMC/SD, Memory Stick)，CMOS摄像头等控制器。 
  LCD控制器的功能是产生显示驱动信号，驱动LCD显示器。用户只需要通过读写一系列的寄存器，完成配制和显示控制。MX1中的LCD控制器可支持单色/彩色LCD显示器。支持彩色TFT时，可提供4/8/12/16位颜色模式，其中16位颜色模式下可以显示64k种颜色。配置LCD控制器重要的一步是指定显示缓冲区，显示的内容就是从缓冲区中读出的，其大小由屏幕分辨率和显示颜色数决定。在本例中，笔者采用的是夏普LQ035Q2DD54 TFT 显示模块，在240×320分辨率下可提供16位彩色显示。 
  
  Linux下的设备驱动 
  Linux将设备分为最基本的两大类，字符设备和块设备。字符设备是以单个字节为单位进行顺序读写操作，通常不使用缓冲技术，如鼠标等，驱动程序实现比较简单；而块设备则是以固定大小的数据块进行存储和读写的，如硬盘，软盘等。为提高效率，系统对于块设备的读写提供了缓存机制，由于涉及缓冲区管理，调度，同步等问题，实现起来比字符设备复杂得多。 
  Linux的设备管理是和文件系统解密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开，关闭，读写这些设备文件，完成对设备的操作，就象操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘主设备号是3。 
  Unix / Linux的特点之一，是为所有的文件，包括设备文件，提供了统一的操作函数接口，定义如下： 
  struct file_operations { 
  struct module *owner; 
  loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); 
  ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); 
  ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *); 
  int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); 
  unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); 
  int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); 
  int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); 
  int (*open) (struct inode *, struct file *); 
  int (*flush) (struct file *); 
  int (*release) (struct inode *, struct file *); 
  int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); 
  int (*fasync) (int, struct file *, int); 
  int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); 
  ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); 
  ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); 
  ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); 
  unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); 
  }; 
  结构体中的成员为一系列的接口函数，如用于读/写的read/ write函数，用于控制的ioctl等。打开一个文件就是调用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件有不同的file_operations成员函数。如普通的磁盘数据文件，接口函数完成磁盘数据块读写操作；而对于各种设备文件，则最终调用各自驱动程序中的I/O函数进行具体设备的操作。这样，应用程序根本不用考虑操作的是设备还是普通文件，可一律当作文件处理，具有非常清晰统一的I/O接口。所以file_operations是文件层次的I/O接口。 
  Linux的帧缓冲设备 
  帧缓冲(framebuffer)是Linux为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。帧缓冲驱动的应用广泛，在Linux的桌面系统中，Xwindow服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。尤其是通过帧缓冲可显示汉字点阵，成为Linux汉化的唯一可行方案。 
  结语 
  由于篇幅所限，本文中仅对帧缓冲设备驱动的基本原理和框架做了简单介绍。幸运的是，在Linux的发布版本中，包含了大量的设备驱动程序源代码，其中drvers/video下提供了多种显示卡的帧缓冲设备驱动程序程序，用户自己的驱动程序可参考成熟的代码编写或直接修改得到。  
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