09_硬件_IMX6ULL的LCD控制器#

硬件_IMX6ULL的LCD控制器#

参考资料，GIT仓库里：

  • IMX6ULL\开发板配套资料\datasheet\Core_board\CPU\IMX6ULLRM.pdf

  • 《Chapter 34 Enhanced LCD Interface (eLCDIF)》

  • IMX6ULL的LCD裸机程序

    • IMX6ULL\source\03_LCD\05_参考的裸机源码\03_font_test

1. LCD控制器模块介绍#

1.1 硬件框图#

IMX6ULL的LCD控制器名称为eLCDIF(Enhanced LCD Interface，增强型LCD接口)，主要特性如下：

  • 支持MPU模式：有些显示屏自带显存，只需要把命令、数据发送给显示屏即可；就是前面讲的8080接口

  • VSYNC模式：跟MPU模式类似，多了VSYNC信号。针对高速数据传输（行场信号）

  • 支持DOTCLK模式：RGB接口，就是前面讲的TFT-RGB接口

  • 支持ITU-R BT.656接口，可以把4:2:2 YcbCr格式的数据转换为模拟电视信号

  • 8/16/18/24/32 bit 的bpp数据都支持，取决于IO的复用设置及寄存器配置

  • MPU模式，VSYNC模式，DOTCLK模式，都可以配置时序参数。

上图是IMX6ULL的LCD控制器框图。 我们在内存中划出一块内存，称之为显存，软件把数据写入显存。 设置好LCD控制器之后，它会通过AXI总线协议从显存把RGB数据读入FIFO，再到达LCD接口(LCD Interface)。 LCD控制器有两个时钟域：外设总线时钟域，LCD像素时钟域。前者是用来让LCD控制器正常工作，后者是用来控制电子枪移动。 上图的Read_Data操作，在MPU模式下才用到；我们采用的是DCLK模式，因此不予考虑。

更详细的内容可以查看IMX6ull芯片手册《Chapter 34 Enhanced LCD Interface (eLCDIF)》。

1.2 数据传输与处理#

  • 框图：

image-20210113111156309

  • 举例说明：见视频

1.3 时序控制#

看寄存器说明。

2. LCD控制器寄存器简介#

查看任何芯片的LCD控制器寄存器时，记住几个要点：

① 怎么把LCD的信息告诉LCD控制器：即分辨率、行列时序、像素时钟等； ② 怎么把显存地址、像素格式告诉LCD控制器。

上图是我们将要使用到的寄存器，下面逐个讲解这些寄存器，在后续的LCD控制编程实验会用到。

2.1 LCDIF_CTRL寄存器#

位域

名

读写

描述

[31]

SFTRST

R/W

软件复位，正常工作时应设为0；如果设为1，它会复位整个LCD控制器

[30]

CLKGATE

R/W

时钟开关， 0：正常工作时要设置为0； 1：关闭LCD控制器时钟

[29]

YCBCR422_INPUT

R/W

使用RGB接口时，设置为0；其他接口我们暂时不关心

[28]

READ_WRITEB

R/W

使用RGB接口时，设置为0；其他接口我们暂时不关心

[27]

WAIT_FOR_VSYNC_EDGE

R/W

在VSYNC模式时，设置为1；我们不关心

[26]

DATA_SHIFT_DIR

R/W

在DVI模式下才需要设置，我们不关心

[25:21]

SHIFT_NUM_BITS

R/W

在DVI模式下才需要设置，我们不关心

[20]

DVI_MODE

R/W

设置为1时，使用DVI模式，就是ITU-R BT.656数字接口

[19]

BYPASS_COUNT

R/W

DOTCLK和DVI模式下需要设置为1;MPU、VSYNC模式时设为0

[18]

VSYNC_MODE

R/W

使用VSYNC模式时，设置为1

[17]

DOTCLK_MODE

R/W

使用DOTCLK模式时，设置为1；本实验用的就是这个模式

[16]

DATA_SELECT

R/W

MPU模式下才用到，我们不关心

[15:14]

INPUT_DATA_SWIZZLE

R/W

显存中像素颜色的数据转给LCD控制器时，字节位置是否交换：
0x0：NO_SWAP，不交换；
0x0：LITTLE_ENDIAN，小字节序，跟NO_SWAP一样；
0x1：BIG_ENDIAN_SWAP，字节0、3交换；字节1、2交换；
0x1：SWAP_ALL_BYTES，字节0、3交换；字节1、2交换；
0x2：HWD_SWAP，半字交换，即0x12345678转为0x56781234
0x3：HWD_BYTE_SWAP，在每个半字内部放换字节， 即0x12345678转换为0x34127856

[13:12]

CSC_DATA_SWIZZLE

R/W

显存中的数据被传入LCD控制器内部并被转换为24BPP后，在它被转给LCD接口之前，字节位置是否交换： 0x0：NO_SWAP，不交换； 0x0：LITTLE_ENDIAN，小字节序，跟NO_SWAP一样； 0x1：BIG_ENDIAN_SWAP，字节0、3交换；字节1、2交换； 0x1：SWAP_ALL_BYTES，字节0、3交换；字节1、2交换； 0x2：HWD_SWAP，半字交换，即0x12345678转为0x56781234 0x3：HWD_BYTE_SWAP，在每个半字内部放换字节， 即0x12345678转换为0x34127856

[11:10]

LCD_DATABUS_WIDTH

R/W

LCD数据总线宽度，就是对外输出的LCD数据的位宽， 0x0：16位； 0x1：8位； 0x2：18位； 0x3：24位

[9:8]

WORD_LENGTH

R/W

输入的数据格式，即显存中每个像素占多少位， 0x0：16位； 0x1：8位； 0x2：18位； 0x3：24位

[7]

RGB_TO_YCBCR422_CSC

R/W

设置为1时，使能颜色空间转换：RGB转为YCbCr

[6]

ENABLE_PXP_HANDSHAKE

R/W

当LCDIF_MASTER设置为1时，再设置这位， 则LCD控制器跟PXP之间的握手机制被关闭(我们不关心)

[5]

MASTER

R/W

设置为1时，LCD控制器成为bus master

[4]

RSRVD0

R/W

保留

[3]

DATA_FORMAT_16_BIT

R/W

WORD_LENGTH为0时，表示一个像素用16位，此位作用如下： 0：数据格式为ARGB555； 1：数据格式为RGB565

[2]

DATA_FORMAT_18_BIT

R/W

WORD_LENGTH为2时，表示一个像素用18位，RGB数据还是保存在32位数据里，此位作用如下： 0：低18位用来表示RGB666，高14位无效 1：高18位用来表示RGB666，低14位无效

[1]

DATA_FORMAT_24_BIT

R/W

WORD_LENGTH为3时，表示一个像素用24位，此位作用如下： 0：所有的24位数据都有效，格式为RGB888 1：转给LCD控制器的数据是24位的，但只用到其中的18位， 每个字节用来表示一个原色，每字节中高2位无效

[0]

RUN

R/W

使能LCD控制器，开始传输数据

2.2 LCDIF_CTRL1寄存器#

本实验中使用TFT LCD，LCD控制器使用DOTCLK模式。本寄存器中其他用不到的位，就不介绍了。

位域

名

读写

描述

[19:16]

BYTE_PACKING_FORMAT

R/W

用来表示一个32位的word中，哪些字节是有效的，即哪些字节是用来表示颜色的。 bit16、17、18、19分别对应byte0、1、2、3；某位为1，就表示对应的字节有效。 默认值是0xf，表示32位的word中，所有字节都有效。 对于8bpp，可以忽略本设置，所有的字节都是有效的； 对于16bpp，bit[1:0]、bit[3:2]分别对应一个字节，组合中的2位都为1时，对应的字节才有效； 对于24bpp，0x7表示32位数据中只用到3个字节，这称为“24 bit unpacked format”，即ARGB，其中的A字节被丢弃

[0]

RESET

R/W

用来复位了接的LCD， 0：LCD_RESET引脚输出低电平； 1：LCD_RESET引脚输出高电平

2.3 LCDIF_TRANSFER_COUNT寄存器#

位域

名

读写

描述

[31:16]

V_COUNT

R/W

一帧中，有多少行有效数据

[15:0]

H_COUNT

R/W

一行中，有多少个像素

2.4 LCDIF_VDCTRL0寄存器#

​ 本寄存器用来设置Vsync信号相关的时序，及极性。

位域

名

读写

描述

[29]

VSYNC_OEB

R/W

用来控制VSYNC信号，对于DOTCLK模式，设为0， 0：VSYNC是输出引脚，用LCD控制器产生； 1：VSYNC是输入引脚

[28]

ENABLE_PRESENT

R/W

在DOTCLK模式下，硬件是否会产生数据使能信号ENALBE： 0：不产生； 1：产生

[27]

VSYNC_POL

R/W

用来决定VSYNC脉冲的极性， 0：低脉冲； 1：高脉冲

[26]

HSYNC_POL

R/W

用来决定HSYNC脉冲的极性， 0：低脉冲； 1：高脉冲

[25]

DOTCLK_POL

R/W

用来决定DOTCLK的极性， 0：LCD控制器在DOTCLK下降沿发送数据，LCD在上升沿捕获数据； 1：反过来

[24]

ENABLE_POL

R/W

用来决定ENABLE信号的极性， 0：数据有效期间，ENABLE信号为低； 1：反过来

[21]

VSYNC_PERIOD_UNIT

R/W

用来决定VSYNC_PERIOD的单位， 0：单位是像素时钟(pix_clk)，这在VSYNC模式下使用； 1：单位是“整行”，这在DOTCLK模式下使用

[20]

VSYNC_PULSE_WIDTH_UNIT

R/W

用来决定VSYNC_PULSE_WIDTH的单位， 0：单位是像素时钟(pix_clk)； 1：单位是“整行”

[19]

HALF_LINE

R/W

VSYNC周期是否周加上半行的时间， 0：VSYNC周期=VSYNC_PERIOD； 1：VSYNC周期=VSYNC_PERIOD+HORIZONTAL_PERIOD/2

[18]

HALF_LINE_MODE

R/W

0：第1帧将在一行的中间结束，第2帧在一行的中间开始； 1：所有帧结束前都加上半行时间，这样所有帧都会起始于“行的开头”

[17:0]

VSYNC_PULSE_WIDTH

R/W

VSYNC脉冲的宽度

2.5 LCDIF_VDCTRL1寄存器#

位域

名

读写

描述

[29]

VSYNC_PERIOD

R/W

两个垂直同步信号之间的间隔，即垂直方向同步信号的总周期； 单位由VSYNC_PERIOD_UNIT决定

2.6 LCDIF_VDCTRL2寄存器#

​ HSYNC_PULSE_WIDTH：水平同步信号脉冲宽度；

​ HSYNC_PERIOD：两个水平同步信号之间的总数，即水平方向同步信号的总周期

位域

名

读写

描述

[31:18]

HSYNC_PULSE_WIDTH

R/W

HSYNC脉冲的宽度(单位：pix_clk)

[17:0]

HSYNC_PERIOD

R/W

整行的宽度，即两个HYSNC信号之间的宽度(单位：pix_clk)

2.7 LCDIF_VDCTRL3寄存器#

位域

名

读写

描述

[29]

MUX_SYNC_SIGNALS

R/W

用不着

[28]

VSYNC_ONLY

R/W

0：DOTCLK模式时必须设置为0； 1：VSYNC模式时必须设置为1

[27:16]

HORIZONTAL_WAIT_CNT

R/W

水平方向上的等待像素个数，等于thp+thb

[15:0]

VERTICAL_WAIT_CNT

R/W

垂直方向上的等待行数，等于tvp+tvb

2.8 LCDIF_VDCTRL4寄存器#

位域

名

读写

描述

[31:29]

DOTCLK_DLY_SEL

R/W

在LCD控制器内部的DOTCLK输出到LCD_DOTCK引脚时，延时多久： 0：2ns； 1：4ns； 2：6ns； 3：8ns； 其他值保留

[18]

SYNC_SIGNALS_ON

R/W

DOTCLK模式下必须设为1

[17:0]

DOTCLK_H_VALID_DATA_CNT

R/W

水平方向上的有效像素个数(pix_clk)，即分辨率的y

2.9 LCDIF_CUR_BUF寄存器#

位域

名

读写

描述

[31:0]

ADDR

R/W

LCD控制器正在传输的当前帧在显存中的地址

2.10 LCDIF_NEXT_BUF寄存器#

位域

名

读写

描述

[31:0]

ADDR

R/W

下一帧在显存中的地址

LCD控制器传输完当前帧后，会把LCDIF_NEXT_BUF寄存器的值复制到LCDIF_CUR_BUF寄存器。