DVI是Digital Visual Interface(數字視頻接口)的縮寫。在嵌入式電子領域，像DVI這樣的高清接口應用越來越多，很多嵌入式產品采用H.264視頻編碼技術，支持播放H.264格式的720P分辨率的視頻文件，這就需要至少1024×768分辨率的顯示輸出設備。
MX51是飛思卡爾半導體的基于ARM CortexA8內核的高端ARM嵌入式多媒體處理器，支持720P視頻多種格式的硬解碼，可以用來開發(fā)高清機頂盒、上網本等產品，很多情況下需要集成DVI這樣的高清視頻端子。
在嵌入式電子產品中，Linux操作系統占有越來越多的市場份額。本文采用Linux2.6.28內核和MX51作為系統的軟、硬件平臺，詳細論述了基于framebuffer技術開發(fā)DVI顯示驅動程序的方法。
1 DVI概述
DVI接口只在一些高端顯示器上可以看到，一般常見的液晶顯示器只有VGA接口。VGA接口顯示的是模擬信號，而DVI接口顯示的是數字信號，它傳輸沒有經過壓縮的數字信號，最高速率可達4.9 Gbps，對高清視頻顯示可以達到較好的保真度，減少模擬信號傳輸時的信號損失。
DVI基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8位數據(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10位數據(包含行場同步信息、時鐘信息、數據DE、糾錯等)，經過DC平衡后，采用差分信號傳輸數據。DVI和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現長距離、高質量的數字信號傳輸。
2 硬件接口
本設計采用的硬件平臺是基于飛思卡爾半導體的MX51多媒體應用處理器開發(fā)板。該處理器集成了多種外設接口，其中包括兩個液晶顯示控制器(LCDC)及其接口，可以連接各類LCD, 分辨率最大支持1280×800像素。通過MX51的LCD1接口，外擴德州儀器公司的TFP410芯片實現DVI視頻輸出，MX51的高清720P視頻解碼能力需要較大分辨率的顯示輸出設備。圖1為MX51的LCD1接口與TFP410的連接圖。
圖1 LCD1接口與TFP410的連接圖
圖1中的TX2±、TX1±、TX0±、TXC±信號是DVI視頻輸出信號4對，8個信號。DATA[23:0]是視頻數據輸入信號，對應MX51 LCD1的DATA[23:0];DE、VSYNC、HSYNC、IDCK±等時鐘信號分別對應LCD1的相應的引腳。SCL、SDA是I2C總線時鐘和數據信號，接MX51 I2C接口的2個引腳。以上硬件電路連接，可實現MX51輸出高清視頻到DVI芯片，再通過外接LCD顯示。MX51處理器內部集成的LCD控制器包括如下主要寄存器：
① LSSAR寄存器。設置顯示緩沖區(qū)的首地址。
② LSR寄存器。設置顯示緩沖區(qū)的大小。
③ LPCR寄存器。設置像素時鐘頻率PCD、同步時鐘極性FB_SYNC_CLK_INVERT、OE信號極性FB_SYNC_OE_ACT_HIGH、垂直信號時鐘極性FB_SYNC_VERT_HIGH_ACT、水平信號時鐘極性FB_SYNC_HOR_HIGH_ACT。
④ LHCR寄存器。設置行同步信號的hsync_len、left_margin和right_margin。
⑤ LVCR寄存器。設置幀同步信號的vsync_len、upper_margin和lower_margin。
⑥ LPCCR寄存器。設置屏幕的顯示亮度，LPCCR的低8位控制PWM的脈沖高電平占空比，調節(jié)范圍為0x00～0xFF。
3 Linux的幀緩沖設備
3.1 framebuffer機制
framebuffer(幀緩沖)是出現在Linux2.2.xx之后版本內核的一種驅動程序接口, 在Linux體系中它居于上層應用程序和底層顯示設備之間。framebuffer屏蔽了不同顯示設備間的差異,將顯示設備抽象為幀緩沖區(qū)，它是一種供用戶態(tài)實現直接寫屏的抽象設備。framebuffer可以看成是顯存的一個映像，用戶通過內存映射將其映射到進程的地址空間后，通過對顯示緩沖區(qū)的讀寫操作可直接控制LCD的屏幕輸出。
frameBuffer設備驅動主要基于linux/include/linux/fb.h和linux/drivers/video/fbmem.c 這兩個文件。fb.h中包含了與幀緩沖設備相關的重要的數據結構。fbmem.c是framebuffer機制的核心程序，它為上層應用程序提供了通用接口，同時也為下層特定硬件提供了接口。其內的函數可對具體硬件進行操作，比如對寄存器進行設置，對顯示緩沖進行映射等。
3.2 幾個重要的數據結構
(1) struct fb_info
這個結構是Linux為幀緩沖區(qū)設備定義的驅動層接口，它包含了關于幀緩沖設備屬性和操作的完整描述，部分成員定義如下：
struct fb_info{
……
struct fb_var_screeninfo var;
struct fb_fix_screeninfo fix;
struct fb_cmap cmap;
struct fb_ops *fbops;
struct device *dev;
char __iomem *screen_base;
……
}
其中，var記錄用戶可以修改的顯示控制器參數，包括屏幕分辨率和每個像素的位寬等;fix記錄用戶不能修改的顯示控制器參數;cmap為當前的顏色表;fbops指向對底層硬件操作的函數集;dev 表示幀緩沖設備;screen_base為I/O映射的虛擬基地址。
(2) struct fb_ops
該結構提供了指向底層操作的函數指針，其成員函數最終與LCD 控制器硬件打交道，這些函數需要驅動開發(fā)者根據LCD 控制器的硬件設置及LCD顯示屏的硬件參數進行設計。該結構部分成員定義如下：
struct fb_ops {
……
ssize_t (*fb_read)(struct fb_info *info, char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos);//讀屏幕緩沖區(qū)
ssize_t (*fb_write)(struct fb_info *info, const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos);//寫屏幕緩沖區(qū)
int (*fb_check_var)(struct fb_var_screeninfo *var, struct fb_info *info);
int (*fb_set_par)(struct fb_info *info);
int (*fb_setcolreg)(unsigned regno, unsigned red, unsigned green,unsigned blue, unsigned transp, struct fb_info *info);
……
}
其中，fb_check_var用于檢查可變的屏幕參數，并調整其為硬件支持的值;fb_set_par根據屏幕參數設置具體讀寫LCD控制器的寄存器以使其進入相應的工作狀態(tài)，fb_setcolreg設置color寄存器來實現偽顏色表和顏色表的填充。
(3) struct fb_var_screeninfo
這是fb_info的成員結構體，它記錄了幀緩沖設備和指定顯示模式的可修改信息，包括屏幕分辨率、每個像素的位寬、幀延時、行延時等。
(4) struct fb_fix_screeninfo
這是fb_info的成員結構體，它描述顯示卡的屬性，并且在系統運行時不能被修改，例如緩沖區(qū)的首地址、長度等。當一種模式被設定后，內存信息由顯示卡硬件給出，內存的位置等信息就不可修改。
MX51將LCD控制器直接嵌入到處理器芯片內部，這為嵌入式系統關于顯示功能的擴展提供了直接接口。LCD控制器驅動是DVI設備驅動的核心，它是一個標準的framebuffer設備驅動。設計驅動程序，首要的是配置LCD控制器,設置幀緩沖區(qū)，這在很大程度上要依賴于上述的數據結構，驅動設計需填寫相關結構體并完成系統指定的接口函數。
4 DVI驅動程序設計
4.1 平臺驅動
從Linux2.6起引入了一套新的驅動管理和注冊機制：platform_device和platform_driver。
設備用platform_device表示，驅動用platform_driver注冊。平臺設備包括基于端口的設備、外圍總線和集成在片上系統中的大多數控制器，作為MX51片上的獨立硬件模塊。LCD控制器是一個平臺設備，因此驅動設計中需包含平臺驅動。平臺驅動的任務是向系統注冊用到的設備，此處包括MX51的LCD控制器和TFP410 DVI視頻輸出芯片，使得設備驅動加載時可以從系統中查詢到相應的設備是已注冊的狀態(tài)，然后執(zhí)行設備驅動程序中的probe函數。
在arch/arm/machmx51/mx51_3stack.c中,設置platform_device結構變量mxc_fb_device和i2c_board_info。結構變量mxc_i2c1_board_info定義LCD控制器和TFP410設備。
調用函數platform_device_register(&mxc_fb_device)和i2c_register_board_info(1, mxc_i2c1_board_info,ARRAY_SIZE(mxc_i2c1_board_info))向系統注冊以上設備。
