隨著嵌入式Linux的迅速發(fā)展，由于其沒有昂貴的版權費，完全開放源代碼，可裁減性與可移植性，因此是開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺。設備驅(qū)動程序是Linux內(nèi)核的重要組成部分，運行在Linux內(nèi)核底層，在內(nèi)核源代碼中占較大比例，驅(qū)動程序開發(fā)逐漸成為嵌入式軟件開發(fā)中一項重要工作。應項目設計的需要完成了嵌入式Linux下的LCD驅(qū)動程序設計。

1 Linux下設備驅(qū)動程序

驅(qū)動程序從字面上可以理解為一類程序，這類程序的目的一般是驅(qū)動硬件正常工作，所以通常所說的驅(qū)動程序都是針對特定的硬件來編寫的。Linux設備驅(qū)動程序是為特定的硬件提供給用戶程序的一組標準化接口，它隱藏了設備工作的細節(jié)。Linux系統(tǒng)下驅(qū)動程序是運行在內(nèi)核態(tài)的，是和內(nèi)核連接在一起的程序。如果運行在用戶態(tài)的應用程序想控制硬件設備，必須通過驅(qū)動程序來控制。

Linux系統(tǒng)的設備分為3種類型，分別是字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。文中所涉及的LCD驅(qū)動屬于字符型設備驅(qū)動程序。在對字符設備發(fā)出讀、寫請求時，實際的硬件I／O一般就緊接著發(fā)生了。Linux系統(tǒng)訪問設備就像訪問文件一樣，例如打開關閉設備系統(tǒng)調(diào)用open（）和close（）函數(shù)。在Linux內(nèi)核中，字符設備使用struct file_operations結(jié)構(gòu)來定義設備的各種操作集合。編寫字符設備驅(qū)動程序，主要是實現(xiàn)str-uct file_operations結(jié)構(gòu)中的各個函數(shù)。

2 基于FFamebuffer的LCD驅(qū)動程序設計

2．1 LCD簡介

設計中采用的嵌入式微處理器是Samsung公司的S3C2410，LCD控制器主要用于傳輸顯示數(shù)據(jù)和產(chǎn)生控制信號，用戶只需通過讀寫一系列寄存器即可完成配置和顯示控制，圖1是S3C2410平臺LCD控制器的結(jié)構(gòu)圖。

其各個信號描述及功能如表1所示。

2．2 Framebutfvr概述

Framebuffer即幀緩沖，是圖形設備的一個提取或抽象，他把一些視頻設備描繪成一個緩沖區(qū)，允許應用程序通過Framebuffer所定義的良好接口訪問圖形設備。Framebuffer是出現(xiàn)在Linux2．2．xx內(nèi)核當中的一種驅(qū)動程序接口。Linux工作在保護模式下，所以用戶態(tài)進程無法像DOS那樣使用顯卡BIOS里提供的中斷調(diào)用來實現(xiàn)直接寫屏，Linux抽象出Framebuffer這個設備供用戶態(tài)進程實現(xiàn)直接寫屏。Framebuffer機制模仿顯卡的功能，將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象化，可以通過Framebuffer的讀寫直接對顯存進行操作。用戶可以將Framebuffer看成是顯示內(nèi)存的一個映像，將其映射到進程地址空間之后，就可以直接進行讀寫操作，而寫操作可以立即反應在屏幕上。這種操作是抽象、統(tǒng)一的，用戶不必關心物理顯存的位置、換頁機制等具體細節(jié)，這些由Framebuffer設備驅(qū)動完成。

2．3 驅(qū)動程序設計與實現(xiàn)

2．3．1 LCD驅(qū)動的模塊加載與卸載

LCD作為一個相對獨立的硬件單元，被認定為平臺設備，在驅(qū)動模塊加載和卸載函數(shù)中，就分別注冊和注銷對應的platform_driver。

2．3．2 LCD驅(qū)動的探測與移除函數(shù)

探測函數(shù)probe主要完成LCD控制器初始化的工作，包括對fb_info結(jié)構(gòu)成員的初始化、內(nèi)存分配、寄存器的配置、Framebuffer的注冊等。模塊卸載函數(shù)中對平臺驅(qū)動的注銷會導致其中移除函數(shù)的執(zhí)行，這個函數(shù)釋放顯示緩沖區(qū)并注銷幀緩沖設備。

2．3．3 LCD驅(qū)動的fb_ops成員函數(shù)

在程序設計里，定義LCD驅(qū)動的fb_ops結(jié)構(gòu)體和相關函數(shù)功能如下所示

可以看出，fb_ops（）結(jié)構(gòu)體類似于file_opera tions（）結(jié)構(gòu)體，提供了一個幀緩沖設備的統(tǒng)一接口。s3c2410_ops（）函數(shù)給出了標準接口到針對具體硬件操作函數(shù)的跳轉(zhuǎn)指針。

2．3．4 Framebuffer設備驅(qū)動程序的設計

驅(qū)動程序主要完成的工作有以下5部分：

（1）編寫初始化函數(shù)

Framebuffer驅(qū)動首先要初始化LCD控制器，通過相關寄存器來設置LCD相對應的顯示模式和顏色數(shù)，然后分配顯示緩沖區(qū)。通常用vmall-oc（）函數(shù)分配一段連續(xù)空間，緩沖區(qū)的大小可以用“點陣行數(shù)×點陣列數(shù)×一個像素的位數(shù)／8”計算得到。

如果使用模塊化加載方式，加載LCD驅(qū)動模塊時，系統(tǒng)調(diào)用fb_init（）函數(shù)。卸載LCD驅(qū)動模塊時，系統(tǒng)首先調(diào)用unregister_framebuffer（）取消注冊，然后釋放顯示緩沖區(qū)的內(nèi)存。

（2）編寫成員函數(shù)

主要負責編寫fb_ops（）對應的底層操作函數(shù)。

（3）讀／寫（read／write）

完成對幀緩沖區(qū)的讀寫操作。

（4）映射（map）

Linux有內(nèi)核空間和用戶空間，平時工作在保護模式，每個應用程序進程都有自己的虛擬地址空間，應用程序不能直接訪問物理緩沖地址。但是，Linux在文件操作接口（file_operations）中提供了地址映射（mmap）操作，它可以將文件的內(nèi)容映射到用戶空間，這樣用戶就可以通過讀寫這段地址來訪問緩沖區(qū)，并在屏幕上繪圖。

（5）輸入／輸出控制

設備文件的ioctl（）調(diào)用可以讀取和設置顯示設備的參數(shù)，如分辨率、支持顏色數(shù)、屏幕大小等。

3 結(jié)束語

在編寫完驅(qū)動程序后，將該驅(qū)動程序以加載模塊的方式進行編譯，并將編譯好的LCD設備驅(qū)動下載到目標板上，通過編寫一個簡單的測試Framebuffer設備驅(qū)動的應用程序，實現(xiàn)了設備的打開、關閉、內(nèi)存映射和iotcl等具體操作，完成了在LCD液晶屏不同行上繪制不同顏色，通過編譯此程序，在目標板上運行，即可在LCD上顯示彩色條紋，這就完成了驅(qū)動程序的設計要求。