13.2 TFT LCD显示实例
13.2.1 程序设计
本实例的目的是从串口输出一个菜单，从中选择各种方法进行测试，比如画线、
画圆、显示单色、使用调色板等。
13.2.2代码详解
本实例源码在/work/hardware/lcd目录下，与LCD相关的代码有3个文件：lcddrv.c、
framebuffer.c和lcdlib.c(及相应的头文件)。
（1）lcddrv.c封装了对LCD控制器、调色板的访问函数，可以设置LCD的显示模式、
开启/关闭LCD、设置调色板等。
（2）framebuffer.c直接操作帧缓冲区，实现画点、画线、画同心圆、清屏等函数。
（3）lcdlib.c调用前两个文件提供的函数在LCD上进行各种操作。
程序的结构如图13.8所示。
1.main.c
main.c的代码很简单，其主体如下：
1 c = getc(); 2 printf("%c ", c); 3 switch(c) 4 { 5 case '1': 6 { 7 Test_Lcd_Tft_8Bit_240320(); 8 break; 9 } 10 11 case '2': 12 { 13 Test_Lcd_Tft_16Bit_240320(); 14 break; 15 } 16 17 case '3': 18 { 19 Test_Lcd_Tft_8Bit_640480(); 20 break; 21 } 22 23 case '4': 24 { 25 Test_Lcd_Tft_16Bit_640480(); 26 break; 27 } 28 }
它根据串口的输入选择是以哪种显示模式操作LCD，所调用的4个函数都在lcdlib.c中实现。
2.lcdlib.c
8BPP模式将用到调色板，其操作比16BPP模式稍复杂，但大部分仍相似。下面以
Test_Lcd_Tft_8Bit_240320为例进行说明。
1 行号 2 11行/* 3 12行 *以240x320、8BPP的显示模式测试TFT LCD 4 13行 */ 5 14行void Test_Lcd_Tft_8Bit_240320(void) 6 15行{ 7 16行 Lcd_Port_Init(); //设置LCD引脚 8 17行 Tft_Lcd_Init(MODE_TFT_8BIT_240320); //初始化LCD控制器 9 18行 Lcd_PowerEnable(0, 1); //设置LCD_PWREN有效，它用于打开LCD的电源 10 19行 Lcd_EnvidOnOff(1); //使能LCD控制器输出信号
第16行设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。
第17行调用Tft_Lcd_Init函数初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、
LCD显示模式、帧缓冲区的地址等，它是lcddrv.c中最复杂的函数，在后面会详细分析这个
函数。
进行第16、17行的初始化之后，只要打开lcd，帧缓冲区中的数据就会被LCD控制器
自动地发送到LCD上去显示。打开操作由18、19行完成。
第18行发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用其打开过关
闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。
第19行使能LCD控制器输出信号。这时，帧缓冲区中数据就开始在LCD上显示出来了。
接下来就是按照设定的流程进行各类操作了，比如画线、清屏等，代码如下：
1 Lcd_Palette8Bit_Init(); //初始化调色板 2 ClearScr(0x0); //清屏 3 printf("[TFT 64K COLOR(16bpp) LCD TEST] "); 4 5 printf("1. Press any key to draw line "); 6 get(); 7 DrawLine(0 , 0 , 239, 0 , 0); //颜色为DEMO256pal[0] 8 DrawLine(0 , 0 , 0 , 319, 1); //颜色为DEM0256pal[1] 9 DrawLine(239, 0 , 239, 319, 2); //... 10 DrawLine(0 , 319, 239, 319, 4); 11 DrawLine(0 , 0 , 239, 319, 8); 12 DrawLine(239, 0 , 0 , 319, 16); 13 DrawLine(120, 0 , 120, 319, 32); 14 DrawLine(0 , 160, 239, 160, 64); 15 16 printf("2. Press any key to draw circles "); 17 getc(); 18 Mire(); 19 20 printf("3. Press any key to fill the screem with one color "); 21 getc(); 22 ClearScr(128); //输出单色图像，颜色值等于DEMO256pal[128] 23 24 printf("4. Press any key to fill the screem by temporary palette "); 25 getc(); 26 ClearScrWithTmpPlt(0x0000ff); //输出单色图像，颜色为蓝色 27 28 printf("5. Press any key to fill the screem by palette "); 29 getc(); 30 DisableTmpPlt(); //关闭临时调色板寄存器 31 ChangePalette(0xffff00); //改变整个调色板为黄色，输出单色图像 32 33 printf("6. Press any key to stop the testing "); 34 getc(); 35 Lcd_EnvidOnOff(0); 36 }
将上面的函数分成3类：
（1）清屏函数ClearScr、画线函数DrawLine，都是通过framebuffer.c中的PutPixel函数
来设置帧缓冲区的数据，以像素为单位修改颜色来实现的。
（2）Lcd_Palette8Bit_Init函数：设置调色板，ChangePalette函数：通过设置调色板来
实现清屏功能，不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现。
（3）ClearScrWithTmpPlt函数：通过临时调色板寄存器来快速地输出单色的图像，也
不涉及帧缓冲区，它在lcddrv.c中实现
lcddrv.c、framebuffer.c文件中各个函数才是本实例的关键。可以认为lcddrv.c是对操作
各寄存器的封装，framebuffer.c则是对操作图像数据的封装。先看lcddrv.c文件
3.lcddrv.c
这个文件中函数的重点在于Tft_Lcd_Init、Lcd_Palette8Bit_Init。
（1）Lcd_Port_Init函数。
设置所涉及的GPIO引脚用于LCD功能。
（2）Tft_Lcd_Init函数。
初始化LCD控制器，即设置各个控制信号的时间特性、LCD的显示模式、帧缓冲区的地址等。
首先是对5个控制寄存器LCDCON1~5的设置，代码如下：
1 /* 2 *初始化LCD控制器 3 *输入参数： 4 *type:显示模式 5 * MODE_TFT_8BIT_240320:240*320 8bpp的TFT LCD 6 * MODE_TFT_16BIT_240320:240*320 16bpp的TFT LCD 7 * MODE_TFT_8BIT_640480:640*480 8bpp的TFT LCD 8 * MODE_TFT_16BIT_640480:640*480 16bpp的TFT LCD 9 */ 10 void Tft_Lcd_Init(int type) 11 { 12 switch(type) 13 { 14 case MODE_TFT_8BIT_240320: 15 /* 16 *设置LCD控制器的控制寄存器LCDCON1~5 17 *1.LCDCON1 18 * 设置VCLK的频率：VCLK(Hz) = HCLK/[(CLKVAL+1) x 2] 19 * 选择LCD类型：TFT LCD 20 * 设置显示模式：8BPP 21 * 先禁止LCD信号输出 22 *2.LCDCON2/3/4 23 * 设置控制信号的时间参数 24 * 设置分辨率，即行数和列数 25 *现在，可以根据公式算出显示器的分辨率 26 *当HCLK = 100MHz时， 27 *Frame Rate = 1/[{(VSPW+1) + (VBPD+1) + (LIINEVAL+1) + (VFPD+1)} x 28 * {(HSPW+1) + (HBPD+1) + (HFPD+1) + (HOZVAL+1)} x 29 * {(2x(CLKVAL+1)/(HCLK))}] 30 * = 60Hz 31 *3.LCDCON5 32 * 设置显示模式为8BPP时，调色板中的数据格式为5:6:5 33 * 设置HSYNC、VSYNC脉冲的极性(这需要参考具体的LCD的接口信号)：反转字节交换使能 34 */ 35 LCDCON1 = (CLKVAL_TFT_240320 << 8) | (LCDTYPE_TFT << 5) | 36 (BPPMODE_8BPP << 1) | (ENVID_DISABLE << 0); 37 LCDCON2 = (VBPD_240320 << 24) | (LINEVAL_TFT_240320 << 14) | 38 (VFPD_240320 << 6) | (VSPW_240320); 39 LCDCON3 = (HBPD_240320 << 19) | (HOZVAL_TFT_240320 << 8) | (HFPD_240320); 40 LCDCON4 = HSPW_240320; 41 LCDCON5 = (FORMAT8BPP_565 << 11) | (HSYNC_INV << 9) | (VSYNC_INV << 8) | 42 (BSWP << 1);
时间参数VSPW、VBPD、VFPD、HSPW、HBPD、HFPD、CLKVAL的设置可以
从LCD数据手册了解到，或使用经验值，或自行调整，并根据上面的公式确认显示频
率在60Hz左右或之上。
接下来是地址寄存器LCDSADDR1~3的设置，请参考图13.7帧内存与视图的位置关
系。在本程序中，帧内存与视图吻合，即图中的OFFSIZE为0，LCDBANK、LCDBASEU
指向同一个地址(它们是同一个地址的不同位)。
需要注意的是，8BPP的显示模式要用到调色板，帧缓冲区中的数据不是颜色值，而
是调色板中的索引值，真正的颜色值在调色板中。
1 行号 2 78行 /* 3 79行 *设置LCD控制器的地址寄存器：LCDSADDR1~3 4 80行 *帧内存与视口(view point)完全吻合 5 81行 *图像数据格式如下(8BPP时，帧缓冲区中的数据为调色板中的索引值)： 6 82行 * |--------- PAGEWIDTH ----------| 7 83行 * y/x 0 1 2 239 8 84行 * 0 idx idx idx ... idx 9 85行 * 1 idx idx idx ... idx 10 86行 *1.LCDSADDR1 11 87行 * 设置LCDBANK、LCDBASEU 12 88行 *2.LCDSADDR2 13 89行 * 设置LCDBASEL：帧缓冲区的结束地址A[21:1] 14 90行 *3.LCDSADDR3 15 91行 * OFFSIZE等于0，PAGEWIDTH等于(240/2) 16 92行 */ 17 93行 LCDSADDR1 = ((LCDFRAMEBUFFER >> 22) << 21) | LOWER21BITS (LCDFRAMEBUFFER >> 1); 18 94行 LCDSADDR2 = LOWER21BITS((LCDFRAMEBUFFER+ 19 95行 (LINEVAL_TFT_240320 + 1) x (HOZVAL_TFT_240320 + 1) x 1) >> 1); 20 96行 LCDSADDR3 = (0 << 11) | (LCD_XSIZE_TFT_240320/2); 21 97行
第93行将帧缓冲区的开始地址写入LCDSADDR1寄存器。
第94行先计算帧缓冲区的结束地址，再取其位[21:1]存入LCDSADDR2中。这个地址值
在本实例中即是“LCDFRAMEBUFFER+320x240x1”，其中的“x1”表示在8BPP中一个像素
使用1个字节表示(对于16BPP，就是“x2”)。
在设置寄存器的最后，禁止临时调色板寄存器，现在还没用到它。
行号 98行 /*禁止临时调色板寄存器*/ 99行 TPAL = 0; 100行
最后，将显示模式的主要参数记录下来，在framebuffer.c中需要用到。
101行 fb_base_addr = LCDFRAMEBUFFER; 102行 bpp = 8; 103行 xsize = 240; 104行 ysize = 320; 105行
其他显示模式的寄存器设置非常相似，不再赘述。
需要说明的是，显示模式为8BPP时，LCDCON5中BSWAP位设为1，表示“字节交换
使能”，这时帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.6所示；
显示模式为16BPP时，LCDCON5中HWSWAP位设为1，表示“半字交换使能”，这时
帧缓冲区中的数据与屏幕上的像素位置关系如图13.5所示。它们都是“低地址的数据”对
应“位置靠前”的像素。
（3）Lcd_Palette8Bit_Init函数。
设置调色板上的数据：调色板大小为256x16，而8BPP模式中每个像素的索引值占据8
位，刚好有256个索引值。代码如下：
1 行号 2 296行 /* 3 297行 *设置调色板 4 298行 */ 5 299行 void Lcd_Palette8Bit_Init(void) 6 300行 { 7 301行 int i; 8 302行 volatile unsigned int *palette; 9 303行 10 304行 LCDCON5 |= (FORMAT8BPP_565 << 11); //设置调色板中数据格式为：5:6:5 11 305行 12 306行 palette = (volatile unsigned int *)PALETTE; 13 307行 for(i = 0; i < 256; i++) 14 308行 *palette++ = DEMO256pal[i]; 15 309行 } 16 310行
调色板中用16BPP的格式表示颜色。
第307、308行将数组DEMO256pal中数据写入调色板。这个数组中的数据没有
什么特别之处，读者可以自行构造。
（4）ChangePalette函数。 以给定的颜色值填充整个调色板，代码如下：
1 行号 2 311行 /* 3 312行 *改变调色板为一种颜色 4 313行 *输入参数： 5 314行 * color:颜色值，格式为0xRRGGBB 6 315行 */ 7 316行 void ChangePalette(UINT32 color) 8 317行 { 9 318行 int i; 10 319行 unsigned char red, green, blue; 11 320行 UINT32 *palette; 12 321行 13 322行 palette = (UINT32 *)PALETTE; 14 323行 for(i = 0; i < 256; i++) 15 324行 { 16 325行 red = (color >> 19) & 0xff; 17 326行 green = (color >> 10) & 0xff; 18 327行 blue = (color >> 3) & 0xff; 19 328行 color = (red << 11) | (green << 5) | blue; //格式：5:6:5 20 329行 21 330行 while((LCDCON5 >> 16) == 2); //等待直到VSTATUS不为“有效” 22 331行 *palette++ = color; 23 332行 } 24 333行 } 25 334行
第330行检测当前VSYNC信号的状态，如果它处于有效的状态，则等待。前面说过，
读写调色板时，VSTATUS、HSTATUS不能处于有效状态。这里当VSTATUS不是“有效”
状态时，HSTATUS也不可能是“有效”状态。
（5）Lcd_PowerEnable函数。
用于控制是否发出LCD_PWREN信号。对于有电源开关控制引脚的LCD，可以使用
LCD_PWREN来打开或关闭LCD。LCD_PWREN信号的极性可以设置。代码如下：
1 /* 2 *设置是否输出LCD电源开关信号LCD_PWREN 3 *输入参数： 4 * invpwren:0表示LCD_PWREN有效时为正常极性 5 * 1表示................反转极性 6 * pwren :0表示LCD_PWREN输出有效 7 * 1表示LCD_PWREN输出无效 8 */ 9 void Lcd_PowerEnable(int invpwren, int pwren) 10 { 11 GPGCON = (GPGCON & (~(3 << 8))) | (3 << 8); //GPG4用于LCD_PWREN 12 GPGUP = (GPGUP & (~(1 << 4))) | (1 << 4); //禁止内部上拉 13 14 LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 5))) | (invpwren << 5); //设置LCD_PWREN的极性：正常/反转 15 LCDCON5 = (LCDCON5 & (~(1 << 3))) | (pwren << 3); //设置是否输出LCD_PWREN 16 }
（6）Lcd_EnvidOnOff函数
用于控制是否使能LCD控制器输出各个LCD信号，当设置如控制寄存器、地址寄存器
之后，即可调用此函数输出各个LCD信号，这样，帧缓冲区中的数据即发送给LCD。代码如下：
1 /* 2 *设置LCD控制器是否输出信号 3 *输入参数： 4 *onoff： 5 * 0：关闭 6 * 1：打开 7 */ 8 void Lcd_EnvidOnOff(int onoff) 9 { 10 if(onoff == 1) 11 LCDCON1 |= 1; //ENVID ON 12 else 13 LCDCON1 &= 0x3fffe; //ENVID OFF 14 }
（7）ClearScrWithTmpPlt、DisableTmpPlt函数。
参考13.13TPAL寄存器格式，ClearScrWithTmpPlt函数设置颜色值并使能TPAL寄
存器，这使得LCD上显示单一颜色图像。DisableTmpPlt函数停止TPAL寄存器的功能，
继续输出帧缓冲区的图像。它们的代码如下：
1 /* 2 *使用临时调色板寄存器输出单色图像 3 *输入参数： 4 * color：颜色值，格式为0xRRGGBB 5 */ 6 void ClearScrWithTmpPlt(UINT32 color) 7 { 8 TPAL = (1 << 24) | ((color & 0xffffff) << 0); 9 } 10 11 /* 12 *停止使用临时调色板寄存器 13 */ 14 void DisableTmpPlt(void) 15 { 16 TPAL = 0; 17 }
4.framebuffer.c
此文件有4个函数：画点PutPixel、画线DrawLine、绘制同心圆Mire、清屏ClearScr，
后3个函数都是基于PutPixel函数实现的。画点函数时framebuffer.c文件的核心，它在
帧缓冲区中找到给定坐标的像素的内存，然后修改它的值，代码如下：
1 行号 2 8行 extern unsigned int fb_base_addr; 3 9行 extern unsigned int bpp; 4 10行 extern unsigned int xsize; 5 11行 extern unsigned int ysize; 6 12行 7 13行 /* 8 14行 *画点 9 15行 *输入参数： 10 16行 * x、y：像素坐标 11 17行 * color：颜色值 12 18行 * 对于16BPP：color的格式为0xAARRGGBB(AA = 透明度)， 13 19行 * 需要转换为5:6:5格式 14 20行 * 对于8BPP：color为调色板中索引值， 15 21行 * 其颜色取决于调色板中的数值 16 22行 */ 17 23行 void PutPixel(UINT32 x, UINT32 y, UINT32 color) 18 24行 { 19 25行 UINT8 red, green, blue; 20 26行 21 27行 switch(bpp){ 22 28行 case 16: 23 29行 { 24 30行 UINT16 *addr = (UINT16 *)fb_base_addr + (y * xsize + x); 25 31行 red = (color >> 19) & 0xff; 26 32行 green = (color >> 10) & 0xff; 27 33行 blue = (color >> 3) & 0xff; 28 34行 color = (red << 11) | (green << 5) | blue; //格式：5:6:5 29 35行 *addr = (UINT16)color; 30 36行 break; 31 37行 } 32 38行 33 39行 case 8: 34 40行 { 35 41行 UINT8 *addr = (UINT8 *)fb_base_addr + (y * xsize + x); 36 42行 *addr = (UINT8)color; 37 43行 break; 38 44行 } 39 45行 40 46行 default: 41 47行 break; 42 48行 } 43 49行 } 44 50行
第8~11行的4个变量在lcddrv.c中的Tft_Lcd_Init函数中设置，PutPixel函数根据它们
来确定给定坐标的像素在帧缓冲区中的地址。
对于16BPP模式，每个像素占2字节；对于8BPP模式，每个像素占1字节。
对于16BPP模式，第31~34行从0xAARRGGBB格式的color变量中，提取8位红色值
的高5位、8位绿色值的高6位、8位蓝色值的高5位组成5:6:5格式的16BPP颜色值。
最后，第35、42行将颜色值(对于8BPP模式，为调色板的索引值)写入帧缓冲区中，
这样，下一次显示时，新颜色即可显示出来。
13.2.3 实例测试
本程序在main函数中通过串口输出一个菜单，用于选择LCD的显示模式进行测试。
实验步骤如下：
（1）使用串口连接开发板和PC，打开PC上串口工具并设置为115200、8N1.
（2）在LCD目录下执行make命令生成lcd可执行程序，烧入NAND Flash后运行。
（3）在PC串口工具上，可以看到如下菜单：
#### Test TFT LCD ####
[1] TFT240320 8Bit
[2] TFT240320 16Bit
[3] TFT640480 8Bit
[4] TFT640480 16Bit
Enter your selection:
（4）可以输入1、2、3或4，然后按照提示输入任意键可一步一步地观察到LCD中图像
的变化。
（5）最后又会出现第（3）步骤的菜单，可以再次选择。
附：代码：
链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab