嵌入式Linux裸機開發（十五）――LCD
一、LCD簡介
LCD（Liquid Crystal Display）是液晶顯示器簡稱。LCD的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。
1、LCD類型
按照背光源的不同，LCD可以分為CCFL和LED兩種。
A、CCFL
指用CCFL（冷陰極熒光燈管）作為背光光源的液晶顯示器（LCD）。CCFL 的優勢是色彩表現好，不足在於功耗較高。
B、LED
指用LED（發光二極管）作為背光光源的液晶顯示器（LCD），通常意義上說WLED（白光LED）。
LED的優勢是體積小、功耗低，因此用 LED作為背光源，可以在兼顧輕薄的同時達到較高的亮度。其不足主要是色彩表現比 CCFL差，所以專業繪圖LCD大都仍采用傳統的CCFL作為背光光源。
2、技術參數
A、對比度
LCD制造時選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對比度有關，對一般用戶而言，對比度能夠達到350：1就足夠了，但在專業領域這樣的對比度並不能滿足用戶的需求。相對CRT顯示器輕易達到500：1甚至更高的對比度而言，只有高檔液晶顯示器才能達到如此程度。市場上三星、華碩、LG等一線品牌如今的LCD顯示器均可以達到1000：1對比度這一級別。
B、亮度 LCD是一種介於固態與液態之間的物質，本身是不能發光的，需要借助額外的光源才行。因此，燈管數目關系著液晶顯示器亮度。最早的液晶顯示器只有上下兩個燈管，普及型的最低也是四燈，高端的是六燈。四燈管設計分為三種擺放形式：一種是四個邊各有一個燈管，但缺點是中間會出現黑影，解決的方法就是由上到下四個燈管平排列的方式，最後一種是“U”型的擺放形式，其實是兩燈變相產生的兩根燈管。六燈管設計實際使用的是三根燈管，廠商將三根燈管都彎成“U”型，然 後平行放置，以達到六根燈管的效果。
C、信號 響應時間指的是液晶顯示器對於輸入信號的反應速度，也就是液晶由暗轉亮或由亮轉暗的反應時間(亮度從10%-->90% 或者90%-->10%的時間)，通常是以毫秒（ms）為單位。人眼存在“視覺殘留”的現象，高速運動的畫面在人腦中會形成短暫的印象。動畫片、電影等一直到現在最新的游戲正是應用了視覺殘留的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續顯示，便形成動態的影像。人能夠接受的畫面顯示速度一般為每秒24張，這也是電影每秒24幀播放速度的由來，如果顯示速度低於這一標准，人就會明顯感到畫面的停頓和不適。按照這一指標計算，每張畫面顯示的時間需要小於40ms。這樣，對於液晶顯示器來說，響應時間40ms就成了一道 坎，高於40ms的顯示器便會出現明顯的畫面閃爍現象，讓人感覺眼花。要是想讓圖像畫面達到不閃的程度，則就最好要達到每秒60幀的速度。
D、可視角度 LCD的顯示原理中，當背光源通 過偏極片、液晶和取向層之後，輸出的光線便具有了方向性，大多數光都是從屏幕中垂直射出來的，所以從某一個較大的角度觀看液晶顯示器時，便不能看到原本的顏色，甚至只能看到全白或全黑。目前為止有三種比較流行的技術解決，分別是：TN+FILM、 IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT)。
可視角度分為平行和垂直可視角度，水平角度是以液晶的垂直中軸線為中心，向左和向右移動，可以清楚看到影像 的角度范圍。垂直角度是以顯示屏的平行中軸線為中心，向上和向下移動，可以清楚看到影像的角度范圍。可視角度以“度”為單位，比較常用的標注形式是直接標出總水平、垂直范圍，如：150/120度，目前最低的可視角度為120/100度（水平/垂直），低於這個值則不能接受，最好能達到150/120度以上。
3、特性
LCD特性如下：
低壓微功耗
外觀小巧精致，厚度只有6.5~8mm
被動顯示型(無眩光，不刺激人眼，不會引起眼睛疲勞)
顯示信息量大(因為像素可以做得很小)
易於彩色化(在色譜上可以非常准確的復現)
無電磁輻射(對人體安全，利於信息保密)
長壽命(壽命極長，但是液晶背光壽命有限，可以更換)
二、LCD接口技術
LCD的接口依據LCD的驅動方式和控制方式有：MCU模式，RGB模式，SPI模式，VSYNC模式，MDDI模式，DSI模式。應用較多的有MCU模式和RGB模式。MCU接口和RGB接口主要的區別是：
A、MCU接口方式：顯示數據寫入DDRAM，常用於靜止圖片顯示。
B、RGB接口方式：顯示數據不寫入DDRAM，直接寫屏，速度快，常用於顯示視頻或動畫用。
RGB模式是大屏采用較多的模式，數據位傳輸有6位，16位和18位，24位之分。連線一般有：VSYNC，HSYNC，DOTCLK，CS，RESET，有的也需要RS，剩下就是數據線。RGB-LCD的顯存是由系統內存充當的，因此其大小只受限於系統內存的大小。RGB屏只需顯存組織好數據。啟動顯示後，LCD-DMA會自動把顯存中的數據通過RGB接 口送到LCM。而MCU屏則需要發送畫點的命令來修改MCU內部的RAM（即不能直接寫MCU屏的RAM）。所以RGB顯示速度明顯比MCU快，而且播放視頻方面，MCU-LCD也比較慢。
TFT-lCD常用的接口有TTL（RGB）、LVDS、EDP、MIPI。
1、TTL（RGB）
TTL（Transistor Transistor Logic）即晶體管-晶體管邏輯，TTL電平信號由TTL器件產生。TTL接口屬於並行方式傳輸數據的接口，采用這種接口時，不必在液晶顯示器的驅動板端和液晶面板端使用專用的接口電路，而是由驅動板主控芯片輸出的TTL數據信號經電纜線直接傳送到液晶面板的輸人接口。TTL 接口信號電壓高、連線多、傳輸電纜長，因而電路的抗干擾能力比較差，而且容易產生電磁干擾（EMI）。在實際應用中，TTL接口電路多用來驅動小尺寸 （15in以下）或低分辨率的液晶面板。TTL最高像素時鐘只有28MHz。
TTL是信號時TFT-LCD唯一能識別的信號，早期的數字處理芯片都是TTL的，也就是RGB直接輸出到TFT-LCD。
RGB接口：
VD[23：0]:24根數據線，用愛傳輸圖像數據
HSYNC:水平同步信號，
VSYNC：垂直同步信號，
VCLK：像素時鐘，
VDEN：
LEND：行結束標志
2、LVDS
LVDS，即Low Voltage Differential Signaling， 是一種低壓差分信號技術接口。克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數據時功耗大、EMI電磁干擾大等缺點而研制的一種數字視頻信號傳輸方式。LVDS輸出接口利用非常低的電壓擺幅（約350mV）在兩條PCB走線或一對平衡電纜上通過差分進行數據的傳輸，即低壓差分信號傳輸。采用LVDS輸出接口，可以使得信號在差分PCB線或平衡電纜上以幾百Mbit／s的速率傳輸，由於采用低壓和低電流驅動方式，因此，實現了低噪聲和低功耗。
三、LCD顯示圖像過程
LCD-TFT的圖像顯示過程如下圖：
1、像素
像素是圖像元素簡稱，是指基本原色素及其灰度的基本編碼。像素只是分辨率的尺寸單位，而不是畫質。像素是構成數碼影像的基本單元，通常以像素每英寸PPI（pixels per inch）為單位來表示影像分辨率的大小。通過控制每一個像素顯示一定的顏色可以顯示一幅完整的圖像。
2、圖像掃描加載
LCD圖像通過從左到右，從上到下的順序加載每一個像素，進而加載整幅圖像。
3、LCD驅動器、控制器
LCD控制器是SoC的內部外設，用於產生數字信號，按照一定的通信時序與LCD驅動器通信，控制LCD驅動器工作。
LCD驅動器集成在LCD面板，通過模擬電信號驅動LCD面板的液晶分子旋轉發光。
四、LCD參數
1、RGB接口時序
HSPW:水平同步信號脈沖寬度HBPD：水平同步信號前肩HFPD:水平同步信號後肩VSPW：垂直同步信號脈沖寬度VBPD：垂直同步信號前肩VFPD：垂直同步信號後肩行數據格式：HSPW+HBPD+有效信息數據+HFPD（一個VDEN周期）幀數據格式：VSPW+VBPD+幀有效信息+VFPD具體的參數值查閱LCD技術文檔。
2、LCD顯示參數
像素pixel：圖像元素
像素間距pitch：相鄰連個像素中心之間的距離
分辨率resolution：LCD屏幕橫向和縱向的像素個數，分辨率與屏幕尺寸無關。
清晰度：影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度
像素深度bpp（bits per pixel）：一個像素由多少位保存
五、LCD編程實踐
1、電路原理圖查閱
查閱LCD文檔LCD時序部分，獲取LCD的時序參數
#define HSPW (10)
#define HBPD(40 - 1)
#define HFPD (210)
#define VSPW(7)
#define VBPD (23)
#define VFPD (22)
#define ROW(480)
#define COL(800)
#define HOZVAL(COL-1)
#define LINEVAL(ROW-1)
查閱核心板電路原理圖LCD相關部分，相應GPIO引腳為GPF0-GPF3
查閱底板電路原理圖LCD部分，背光打開引腳為XpwmTOUT1，對應GPIO為GPD0。
2、工程項目
工程項目以SDRAM初始化項目為模本，主要是在LCD屏幕畫像素、橫線、豎線、斜線、圓。
源碼見附件。
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