S3C2410 TFT LCD显示原理分析

1、系统结构框图

2、LCD控制器

由REGBANK、LCDCDMA、VIDPRCS、TIMEGEN和LPC3600组成。

REGBANK有17个可编程寄存器和256×16的调色板存储器,用来设定LCD控制器。LCDCDMA是一个专用DMA,自动从帧存储器传输视频数据到LCD控制器,用这个特殊的DMA,视频数据可不经过CPU干涉就显示在屏幕上。VIDPRCS接受从LCDCDMA来的视频数据并在将其改变到合适数据格式后经VD[23:0]将之送到LCD驱动器,如4/8单扫描或4双扫描显示模式。TIMEGEN由可编程逻辑组成,以支持不同LCD驱动器的接口时序和速率的不同要求。TIMEGEN产生VFRAME、VLINE、VCLK、VM信号等。

数据流描述如下:FIFO存储器位于LCDCDMA。当FIFO空或部分空时,LCDCDMA要求从基于突发传输模式的帧存储器中取来数据,存入要显示的图像数据,而这个帧存储器是LCD控制器在RAM中开辟的一片缓冲区。当这个传输请求被存储控制器中的总线仲裁器接收到后,从系统存储器到内部FIFO就会成功传输4个字。FIFO的总大小是28个字,其中低位FIFOL是12个字,高位FIFOH是16个字。S3C2410有两个FIFO来支持双扫描显示模式。在单扫描模式下,只使用一个FIFO(FIFOH)。

3、LCD控制器输出信号分析

VFRAME／VSYNC：LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号。该信号告诉LCD屏新一帧开始了。LCD控制器在一帧显示完成后立即插入一个VFRAME信号，开始新一帧的显示。VLINE／HSYNC--LCD控制器和LCD驱动器之间的行同步脉冲信号。该信号用于LCD驱动器将水平线(行)移位寄存器的内容传送给LCD屏显示。LCD控制器在整行数据移人LCD驱动器后，插入一个VLINE信号。VCLK--LCD控制器和LCD驱动器之间的像素时钟信号。LCD控制在VCLK的上升沿处送出数据，LCD驱动器在VCLK的下降沿处采样。VM／VDEN--LCD驱动器的AC信号。VM信号被LCD驱动器用于改变行和列的电压极性，从而控制像素点的显示。VM信号能够和每帧同步，也能够和可变数据的VLINE信号同步。VD[23：0]--LCD像素数据输出端口。

4、时序分析

需要注意的是：在帧的领域里，我们所说的周期单位是一行；而在行的时候，我们所说的周期单位是VCLK时钟周期。

以240*320的屏为例，一个VCLK周期传输一组VD信号，从而给一个像素着色。要点亮一行，那么要有240个VCLK周期将240个pixel的VD值输出，而且这240个周期内 VDEN应该一直是有效的。现在我们的思路从点扩展到了行，理想情况下，两行之间不需要间隔，也就是说这一行结束马上传输下一行的第一个pixel的 VD。但是这样做并不好，因为一个点的偏差会造成满盘皆输。因此我们引入了行同步HSYNC信号，也就是说在传输完一行的数据后，先歇一会儿，等待若干个时钟（我们称之为后插入等待周期）；然后我们送一个行同步信号，当然这个信号的有效周期数我们也能控制（我们称之为同步周期）；之后呢，我们在等一会，让 LCD驱动电路准备好接收，我们在把一行的数据发下去（这个等待时间我们称之为前插入等待周期）。下图为证：

从图中我们可以看到：HSPW+1、HBPD＋1、HFPD+1就是我们分别定义了同步周期、前插入等待周期、后插入等待周期。而HOZVAL＋1则是一行的有效象素数目。这些都可以在寄存器里面进行设置。说完行与行之间的显示，我们就可以扩展到帧与帧之间的显示。我们很容易想到，在帧的领域里面也应该是类似于行的结构，同样包含了同步周期、前插入等待周期、后插入等待周期。上图为证：

经过上述的分析，我们可以把TFT LCD的接口归纳到8个参数上：HSPW、HBPD、HFPD、HOZVAL、VSPW、VBPD、VFPD、LINEVAL。另外，通过上述分析，我们可以看到，显示一帧图像总共需要的VCLK周期为：（HSPW＋HBPD＋HFPD＋HOZVAL＋4）*（VSPW＋VBPD＋VFPD＋ LINEVAL＋4），VCLK是可调的，因此通过选择适当的分频比保证帧率在60Hz左右就可保证液晶的正常工作了。

举例说明：YFARM9-EDU-1 采用的是Samsung 公司的1 款3.5 寸TFT 真彩LCD 屏，分辨率为240*320，下图为该屏的时序要求。

于是：

VSPW+1=2 -> VSPW=1 HSPW+1=4 -> HSPW=3

VBPD+1=2 -> VBPD=1 HBPD+1=7 -> HBPW=6

VFPD+1=3 -> VFPD=2 HFPD+1=31 -> HFPD=30

LINVAL+1=320-> LINVAL=319 HOZVAL+1=240-> HOZVAL=239

5、LCD可编程寄存器

5.1、LCDCON1

LINECNT：行计数器的状态位。只读，不用配置。

CLKVAL：确定VCLK频率的参数。公式为VCLK=HCLK／[(CLKVAL+1)×2]，单位为Hz。笔者所用的硬件系统HCLK=100 MHz，640×480的显示屏需要VCLK=20 MHz，故需配置CLKVAL=1。

MMODE：确定VM的改变速度。在此选择MMODE=O，为每帧变化模式。PNRMODE：确定扫描方式。选择PNRMODE=0x3，为TFT LCD面板扫描模式。BPPMODE：确定BPP(每像素位数)模式。在此选择BPPMODE=0xC，为TFT 16位模式。ENVID：数据输出和逻辑信号使能控制位。选择ENVID=1，为允许数据输出和逻辑控制。

5.2、LCDCON2

VBPD：确定帧同步信号和帧数据传输前的一段延迟时间，是帧数据传输前延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值。

LINEVAL：确定显示的垂直方向尺寸。公式：LINEVAL=YSIZE-1=479。

VFPD：确定帧数据传输完成后到下一帧同步信号到来的一段延迟时间，是帧数据传输后延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值。

VSPW：确定帧同步时钟脉冲宽度，是帧同步信号时钟宽度和行同步时钟间隔宽度的比值。

5.3、 LCDCON3

HBPD：确定行同步信号和行数据传输前的一段延迟时间，描述行数据传输前延迟时间内VCLK脉冲个数。

HOZAL：确定显示的水平方向尺寸。公式HOZAL=XSIZE-1。

HFPD：确定行数据传输完成后到下一行同步信号到来的一段延迟时间，描述行数据传输后延迟时间内VCLK脉冲个数。

5.4、 LCDCON4寄存器

HSPW：确定行同步时钟脉冲宽度。描述行同步脉冲宽度时间内VCLK脉冲个数。

5.5、LCDCON5寄存器

VSTATUS：垂直方向状态。只读，不用配置。

HSTATUS：水平方向状态。只读，不用配置。

BPP24BL：确定显示数据存储格式。此处配置BPP24BL=0x0，为小端模式存放。

FRM565：确定16位数据输出格式。此处配置FRM565=0x1，为5：6：5格式输出。

INVVCLK：确定VCLK脉冲有效边沿极性。如INVVCLK=0xl，VCLK上升沿到来时数据传输开始。

INVVLlNE：确定HSYNC脉冲的极性。

INVVFRAME：确定VSYNC脉冲的极性。

INVVD：确定数据输出的脉冲极性。

INVVDEN：确定VDEN信号极性。

INVPWREN：确定PWREN信号极性。

INVLEND：确定LEND信号极性。

PWREN：PWREN信号输出允许。

ENLEND：LEND输出信号允许。

BSWP：字节交换控制位。如配置BSWP=0x0，禁止字节交换。

HWSWP：半字交换控制位。如配置HWSWP=0xl，使能半字节交换。