很久之前就想学习如何在uClinux下控制硬件的工作，于是在WIKILCD16207网找到了LCD16207的操作说明，刚开始很开心，可是呢，做着做着发现结果出不来，因为刚开始接触uClinux，所以很多东西就不是很清楚，也没有办法找到错误，结果其中就耽误了很多时间，最后终于在Altera论坛上关于LCD16207找到了问题的答案。
实验目的：在uClinux下加载DE2上LCD16207的驱动，通过软件方式控制LCD的显示
开发板：DE2
开发软件：Quartus9.1 + Ubuntu + uClinux
第一、硬件设计
由于本文主要是想在uClinux下通过软件控制LCD，所以这里就没有在硬件利用Verilog进行什么设计，为了设计方便和准确性，我用了DE2自带的工程DE2_NIOS_HOST_MOUSE_VGA，只是重新在9.1的版本里重新编译了一遍，所以硬件设计就不多说了。
下面就重点来谈谈uClinux的软件设计。
第二、软件设计
首先是uClinux的内核移植工作，其实我写过一篇博文，是在qq空间上，转不过来，悲剧，过段时间再写一篇关于DE2上uClinux的移植工作，这里就从移植成功之后讲起吧！
1、在移植成功之后，首先按照WIKILCD16207上面的要求，下载lcd16207-kernel.zip和lcd16207_example.zip这两个源代码，前面的是内核驱动代码，后面是用户应用程序代码。
2、将内核LCD16207驱动代码拷贝到指定位置，在这里我想说明的是WIKILCD16207这个网上的一个错误，
下面是错误的原文：
Copy the kernel driver (lcd_16207.c, lcd_16207.h) to uClinux-dist/linux-2.6.x/drivers/char.
我们从上面可以看到是要拷贝到uClinux-dist/linux-2.6.x/drivers/char这个路径下，其实是不对的，可能是作者疏忽的错误吧，这个没什么，应该是拷贝到nios2-linux/linux-2.6/drivers/char这里面才是真正的内核源码。
3、修改Kconfig和MakeFile文件，
MakeFile文件修改如下图所示：
Kconfig文件的修改如下图所示：
注：只有在nios2-linux/linux-2.6/drivers/char这个路径下才有Kconfig和Makefile这两个文件，论坛中很多人说自己没有这两个文件，其实不是他的移植不成功，只是作者的错误导致的。也验证了上面的一个错误。
4、经过上面的步骤，uClinux下LCD16207的驱动就算移植成功，下面将要做的是应用程序的编译。
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I./ -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -c lcd16207.c
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -lm -I./ -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -o lcd16207 lcd16207.o
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I./ -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -c lcdtime.c
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -lm -I./ -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -o lcdtime lcdtime.o
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -c writef.c
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -o writef writef.o
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -c readf.c
nios2-linux-uclibc-gcc -O -s -elf2flt='-s 16000' -I../uClinux-dist/linux-2.6.x/include -o readf readf.o
上面就是编译的命令，需要我们将工作目录放在nios2-linux/uClinux-dist/linux-2.6.x/include下，即cd /usr/local/src/nios2-linux/uClinux-dist/linux-2.6.x/include,上面的省略号就是你自身的的绝对路径，我这里是usr/local/src，这里命令的具体参数如果想具体了解，可以自己查找一下，这里就不多加叙述。
5、经过上面编译命令之后，就会分别生成lcd16207、lcdtime、writef、readf，这些就是可执行程序。这里，我们将上面几个要拷贝到romfs下面，最终就能下载到板子上去，所以，将上面几个文件复制到romfs/lcd下，如下图所示：
6、通过命令方式.
nios2-configure-sof DE2_NIOS_HOST_MOUSE_VGA.sof下载硬件配置；
nios2-download -g zImage 将zImage镜像下载到板子上去；
nios2-terminal 启动uClinux内核，如下图所示如果你成功的话，上面会出现，
注：如果你LCD16207驱动加载成功，将会在内核启动的时候出现上面信息。
7、执行程序
cd lcd
./lcd16207 hello
./writef
./readf
./lcdtime 12345
执行第一个命令结果如下所示，同时LCD上滚动显示hello
这里，第一个命令是在LCD上滚动显示hello，第二个就是随意向LCD上写入一个字符串，第三个就是读LCD的值，第四个就是设置LCD的显示等待时间。
程序错误分析：
1、从上面看来，似乎所有的问题按照WIKILCD16207上面的要求就可以顺利解决了，其实不是这样的，首先遇到最大的问题就是，按照上面的做法做了之后，内核启动之后也出现了 Device /dev/lcd16207 registered，应用程序也跑起来了，可是硬件上什么也不显示，这就相当于白做了，毕竟你是在控制硬件工作，硬件没跑起来，说明你的工作是没有意义的，最终是在Altera论坛上关于LCD16207上找到了问题解决的方案，驱动的头文件需要增加一个地址偏移量，如下图所示
注：这里是要在驱动的头文件，而不是应用程序的头文件。
这里增加了一个LCD地址的偏移量，为什么是这样呢，这里论坛上达人给我的解释是由于non-MMU的nios把地址的最高位bit31置1，在I/O的的操作时就没有缓存，这里似乎有点明白，但是又不全懂。因为我之前也自己写过LCD的驱动（是在IDE里面），也没有特意更改LCD在NIOS II里面的地址啊！难道是uClinux操作系统的原因吧，太深入了，不好理解！不过好消息就是LCD16207的内核驱动好用了。
2、第二个问题就是LCD的显示出现了问题，不是按照程序上的意思，滚动显示的，而是一跳一跳的，这里，通过我仔细阅读应用程序代码和驱动代码，终于让我找到问题发生的原因了。
问题就出现在内核驱动的API函数上，在ssize_t device_write（）这个函数中，就是上面的图，是将字符显示到LCD的函数，函数的执行，大家可以清楚看到，这里，应该是在赋值好Message_ptr_Line1和
Message_ptr_Line2之后，再执行LcdWriteLines（）这个函数，实际上他执行了两次，这就导致了执行一次写操作，然而却写了两次到LCD上，从而出现一跳一跳的现象，只要将上面的while循环的后面那个大括号放在WaitNios（Display_Wait）前面就可以了。
3、在执行./writef这个命令的时候，没看到执行的前后结果，让我很诧异，我仔细又阅读了一下这个写命令函数，发现，length大小不能超过32，要不然就会出现问题。这样，我增加了一行语句，解决了这个问题，如下图所示：
因为LCD只能显示32个字符，所以呢，如果你要显示的字符超过32的话，就要舍掉超过的部分。
经过上面的步骤，你已经基本上成功实现了在uClinux下对LCD的控制，这里，让我们来分析一下这个LCD的驱动，这样让我们更深入的了解LCD。
1、让我们先看看驱动的lcd16207.h文件，
#define MAJOR_NUM 250
#define ADR_LCD_COMMAND na_lcd_16207_0+0x80000000
#define ADR_LCD_READY (na_lcd_16207_0 +0x80000000+4)
#define ADR_LCD_DATA (na_lcd_16207_0 + 0x80000000+8)
#define ADR_LCD_READ (na_lcd_16207_0 + 0x80000000+12)
#define ADR_LCD_LINE1 0x80 + 0x00
#define ADR_LCD_LINE2 0x80 + 0x40
#define BUF_LCD_LINE 16
#define BUF_LCD_ROWS 2
#define BUF_LCD_CHARS BUF_LCD_LINE * BUF_LCD_ROWS
由于篇幅有些长，这里就列出几项，有LCD的主设备号，和一些宏，都是关于LCD的，如果想深入了解LCD的工作原理，大家应该查找更相关的文章，我前段时间也做过一些，还没来得及总结，如果有时间，我也总结一下。
#define IOCTL_SET_MSG _IOR(MAJOR_NUM, 0, char *)
上面是一个宏IOCTL_SET_MSG的定义，是将这个宏定义成IO read这里是相对于操作系统来说的，是操作系统从用户空间读取数据，再向LCD里面写数据，所以这里就定义为_IOR的原因。
static void WriteNios(unsigned long addr, unsigned long value);//向Avalon总线写数据
static unsigned long ReadNios(unsigned long addr);//从Avalon总写读数据
static void WaitNios(unsigned long us);//Nios的等待时间
void LcdWriteLines(void);//想LCD里面写一行数据
static void LcdReadLines(void);//从LCD上读一行数据
这是在lcd16207.c里面要用到的API函数
2、lcd16207.c
2.1首先来看几个简单的函数实现：
static void WriteNios(unsigned long addr, unsigned long value)
{
(* (volatile unsigned long *)(addr))=value;
}
static unsigned long ReadNios(unsigned long addr)
{
return (unsigned long)(* (volatile unsigned long *)(addr));
}
注：这两个函数就是将数据传递给Avalon上的地址线，有数据线也有命令行线，用宏就能解决这个问题。
再看看写入行数据的API函数：
//write all chars to the LCD
static void LcdWriteLines(void)
{
int i;
WriteNios(ADR_LCD_COMMAND,0x80);
udelay(50);
Message_Ptr_Write = Message_Ptr_Line1;
for (i = 0; i < BUF_LCD_LINE; i++)
{
WriteNios(ADR_LCD_DATA, (unsigned long)*(Message_Ptr_Write+i) );
udelay(50);
}
WriteNios(ADR_LCD_COMMAND,0x80 + 0x40);
udelay(50);
Message_Ptr_Write = Message_Ptr_Line2;
for (i = 0; i < BUF_LCD_LINE; i++)
{
WriteNios(ADR_LCD_DATA, (unsigned long)*(Message_Ptr_Write+i) );
udelay(50);
}
}
//read all chars from the LCD
static void LcdReadLines(void)
{
int i;
WriteNios(ADR_LCD_COMMAND,0x80);
udelay(50);
Message_Ptr_Write = Message_Ptr_Line1;
for (i = 0; i < BUF_LCD_LINE; i++)
{
*(Message_Ptr_Write+i)=ReadNios(ADR_LCD_READ);
udelay(50);
}
WriteNios(ADR_LCD_COMMAND,0x80 + 0x40);
udelay(50);
Message_Ptr_Write = Message_Ptr_Line2;
for (i = 0; i < BUF_LCD_LINE; i++)
{
*(Message_Ptr_Write+i)=ReadNios(ADR_LCD_READ);
udelay(50);
}
}
就分析一些static void LcdWriteLines(void)这个函数，首先向ADR_LCD_COMMAND地址线上写入80，表示要写入数据，分别有两个char指针，一个指向第一行，一个指向第二行，利用for循环，进行，没写入一个数据，就udelay（50），这是硬件规定的。
2.2、驱动注册、卸载，设备打开和释放API函数
init_module()和cleanup_module()这两个是驱动的注册和卸载程序，在init_module里面完成LCD的简单初始化工作。另外device_open（）和device_release（）完成设备的打开和释放工作，也不需要多讲。不明白看linux内核驱动程序。
2.3、设备读写操作
ssize_t device_read（）和ssize_t device_write（）API函数，这里就分析写操作！
static ssize_t device_write(struct file *file,
const char __user * buffer, size_t length, loff_t * offset)
{
int ii;
#ifdef DEBUG
printk(KERN_INFO "device_write(%p,%s,%d);\n", file, buffer, length);
#endif
ii=0;
if(length>BUF_LCD_CHARS)
length=BUF_LCD_CHARS;
while(ii<length)
{
strncpy(Message_Ptr_Line1, Message_Ptr_Line2, BUF_LCD_LINE);
Message_Ptr=Message;
if ( (length-ii) > BUF_LCD_LINE)
{
copy_from_user(Message_Ptr_Line2, buffer+ii, BUF_LCD_LINE);
ii=ii+BUF_LCD_LINE;
}
else
{
copy_from_user(Message_Ptr_Line2, buffer+ii, length-ii);
memset(Message_Ptr_Line2+(length-ii),32,BUF_LCD_LINE-(length-ii));
ii=length;
}
}
WaitNios(Display_Wait);
LcdWriteLines();
#ifdef DEBUG
printk(KERN_INFO "Message:%s:End\n",Message);
#endif
return length;
}
这个API函数的作用就是将用户空间buffer里的数据拷贝到两个指针中去，之后，调用lcdWriteLines（）写LCD函数，达到写LCD的目的。其中的API函数就不需要多讲了吧！
2.4、设备的ioctr（）操作
static int device_ioctl(struct inode *inode,
struct file *file,
unsigned int ioctl_num,
unsigned long ioctl_param)
{
int i;
char *temp;
char ch;
switch (ioctl_num) {
case IOCTL_SET_MSG:
temp = (char *)ioctl_param;
get_user(ch, temp);
if (ch=='\0')
break;
for (i = 0; ch!='\0' ; i++, temp++)
get_user(ch, temp);
device_write(file, (char *)ioctl_param, i-1, 0);
break;
case IOCTL_SET_DISP_WAIT:
Display_Wait=(unsigned long)ioctl_param;
#ifdef DEBUG
printk(KERN_INFO "Display wait set to hex X\n", (unsigned int) Display_Wait);
#endif
break;
case IOCTL_GET_MSG:
i = device_read(file, (char *)ioctl_param, BUF_LCD_CHARS+1, 0);
break;
//not tested - still todo
case IOCTL_GET_NTH_BYTE:
return Message[ioctl_param];
break;
}
return SUCCESS;
}
这里用到了一个case语句，ioctr操作主要就是设置设备的一些参数，用到了一个case语句。
当ioctl_num=IOCTL_SET_MSG时，表示的是向LCD中写入数据，在这里，获取数据的长度，直接条用device_write（）函数到达写数据的目的；
当ioctl_num=IOCTL_SET_DISP_WAIT时，表示设置LCD的显示等待时间，这里直接将传入的参数赋值即可；
当ioctl_num=IOCTL_GET_MSG时，表示读取LCD的数据，调用device_read（）实现；
当ioctr_num=IOCTL_GET_NTH_BYTE，表示获取第ioctl_param的Message数据，就是显示的数据，一个字节一个字节的显示出来。
总结一下：
一、在驱动程序里面，有两个写操作，最底层的就是将数据直接写到Nios II的Avalon总线上，由于要用到操作系统，这里我们就需要另外一个写操作，将用户空间即是应用程序的数据拷贝出来，再调用上面的写函数，达到用户空间的数据显示到硬件上的目的。
二、然而在实际的应用程序编写的时候，是不用到具体的device_write函数的，所以这里面又定义了一个ioctr（）函数提供给应用程式使用，里面用到case语句，这样应用程序就用到统一的接口，比较方便。
三、在这里的驱动程序中，ioctr里面没有涉及到向LCD写命令等操作，这里你完全可以利用WriteNios这个函数来实现，或者你再增加一个ioctr函数，不过，大部分情况下，不需要你去更改LCD的显示方式。所以这里就没有增加。
四、最后想说的是#define IOCTL_SET_MSG _IOR(MAJOR_NUM, 0, char *)这句话，是使用系统的宏来构造ioctl的命令号IOCTL_SET_MSG，命令号应该在系统中是唯一的，所以必须用<asm/ioctl.h>中的宏来构造。