LCD硬件原理与LCD控制器介绍

硬件平台：韦东山嵌入式Linxu开发板（S3C2440.v3）软件平台：运行于VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系统参考资料：开发版原理图，S3C2440A datasheet，AT043TN24 datasheet源码仓库：/d_1254436976/Embedded-Linux-Phase-1

目录

LCD硬件原理与LCD控制器介绍一、基础知识1、像素2、像素深度 二、TFT LCD 硬件原理1、画面形成分析1.1 原理1.2 扫描方式1.2.1 逐行扫描1.2.2 隔行扫描 1.3 如何执行上述扫描方式 2、具体工作原理2.1 硬件原理图分析2.2 时序图分析2.3 画面大小 三、LCD控制器1、简介2、寄存器介绍1.1 REGBANK1.2 LCDCDMA1.3 VIDPRCS1.4 TIMEGEN 2、工作过程

一、基础知识

1、像素

像素是指由图像的小方格组成的，这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值，小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。

2、像素深度

像素深度（BPP—Bit Pixel Depth）是指存储每个像素所用的位数，也用它来度量图像的分辨率。

每个像素用R，G，B三个分量表示，若每个分量用8位，那么一个像素共用24位表示，就说像素的深度为24。像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深。

二、TFT LCD 硬件原理

在开发板中，采用的是一块4.3英寸的TFT LCD，对于其显示原理，这里就不进行简单的描述的介绍，具体的详细介绍可以点击这里查看。

1、画面形成分析

1.1 原理

利用了人们眼睛的视觉残留特性和荧光粉的余辉作用，通过一支电子枪，以特定的扫描方式、足够快的速度向所有排列整齐的像素进行激发，最终形成一幅画面。

1.2 扫描方式

如直线式扫描，圆形扫描，螺旋扫描等等，而直线扫描则是我们使用到的TFT LCD的扫描方法。具体分为逐行扫描与隔行扫描。

1.2.1 逐行扫描

下面我将简单画一幅图简述其原理。

如上图看到的，电子枪不断的走Z字形路线，从开始位置一行接一行的把像素 “打” 到显示屏上，最终到达最后位置，形成的画面叫做帧。当到达最后位置时，电子枪重新回到下一帧的的开始位置，继续按照需求执行上述步骤。

行扫描：如逐行扫描中，形成一行的扫描方式。

场扫描：如逐行扫描中，形成一幅画面的扫描。

1.2.2 隔行扫描

一张图像的扫描不是在一个场周期中完成的，而是由两个场周期完成的。在前一个场周期扫描所有奇数行，称为奇数场扫描，在后一个场周期扫描所有偶数行，称为偶数场扫描。

1.3 如何执行上述扫描方式

以逐行扫描为例，走Z字形路线，LCD的电子枪需要知道以下信息：

①、何时移动—————通过时钟信号（CLK）确定，每一个CLK移动一个像素

②、何时去下一行———接到NSYNC脉冲移动到下一行

③、何时回到起始位——接收到VSYNC脉冲回到起始位置

④、”打” 出什么颜色——由RGB确定

上述的信息都可以通过设置S3c2440的LCD控制器实现，如Nand Flash控制器相同，我们只需要设置好LCD控制器中相关寄存器的值，LCD控制器就会控制TFT LCD进行一系列的硬件操作，最终达到我们所需的显示效果。

2、具体工作原理

2.1 硬件原理图分析

分析：

①、RGB三组信号线使用到的位数R[0:5] G[0:4] B[0:4]，采用的是565格式，即16bpp，一个像素用16位数据表示。

②、VLINE数据线——HSYNC信号：使LCD的电子枪在行的末尾去到下一行开始的位置激发像素。

③、VFRAME数据线——VSYNC信号：使LCD的电子枪回到起始位置重新激发像素。

2.2 时序图分析

这个时序图比较复杂，所以会用较多的文字介绍。

对于这种时序图，我们需要由最小的时间周期往最大的时间周期看，在这个时序图里，①时间周期是②时间周期中HSYNC信号的一个时间片段，②时间周期是③时间周期中VSYNC信号的一个时间片段。类似下图的结构

①时间周期

一次行扫描，具体描述：电子枪开始从一行第一个像素每一个CLK脉冲，往后移动一次，直到到达一行最后一个像素HSYNC信号拉低，进行换行（此时移动的次数或者像素个数就为X）。

②时间周期

一次场扫描，具体描述：电子枪开始从第一行第一个像素每一个CLK脉冲，往后移动一次，进行多次换行（拉低HSYNC信号的次数为Y），到达最后一个像素时，VSYNC信号拉低，回到起始位置再次场扫描。

③时间周期

多次场扫描。

上述的X × Y = 分辨率

2.3 画面大小

通过这个图可以知道实际的显示区域大小，与黑框的大小有关，而黑框的大小与HBP、HFP、VBP、VFP、VSYNC、HSYNC有关，这些值都需要通过LCD控制器来进行设置，达到预期的显示效果。

三、LCD控制器

通过查询S3c2440芯片手册，知道其系统框图

1、简介

LCD控制器在嵌入式系统中的功能如同显卡在计算机中所起到的作用。LCD控制器负责把显存（可能是内存中的指定域）中的LCD图形数据传输到LCD驱动器（LCD driver）上，并产生必须的LCD控制信号，从而控制和完成图形的显示，翻转，叠加，缩放等一系列复杂的图形显示功能。

2、寄存器介绍

LCD 控制器由 REGBANK、 LCDCDMA、 TIMEGEN 、 VIDPRCS 寄存器组成。

1.1 REGBANK

拥有17套可编程寄存器和256x16调色板内存，用于配置LCD控制器。

1.2 LCDCDMA

一种专用的DMA，它可以将帧内的视频自动数据传输到LCD驱动程序中。通过使用这种特殊的DMA，视频数据可以在屏幕上显示，而不需要CPU的干预。

1.3 VIDPRCS

接收来自LCDCDMA的视频数据，将其转换成合适的数据格式(例如4/8位单扫描或4位双扫描显示模式)后，通过VD[23:0]数据端口将视频数据发送到LCD驱动程序。

1.4 TIMEGEN

由可编程逻辑组成，以支持可变的需求接口定时和速率通常发现在不同的LCD驱动器。TIMEGEN块生成VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。

2、工作过程

①、LCD控制器，通过系统总线，把数据加载到对应的寄存器——REGBANK和LCDCDMA。

②、REGBANK寄存器把数据分别传

②、LCDCDMA寄存器通过DMA控制，将加载进来的RGB数据传输到VIDPRCS寄存器中，

随后VIDPRCS寄存器根据REGBANK寄存器中的