STM32MP157驱动开发——Linux LCD驱动(上)-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了STM32MP157驱动开发——Linux LCD驱动(上)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

0.前言

LCD 是很常用的一个外设，通过 LCD 可以显示图片、界面UI等，提高人机交互的效率。STM32MP1 提供了一个 LTDC 接口用于连接 RGB 接口的液晶屏。本节就来学习如何使用这个接口。

一、LCD 和 LTDC 简介

1.LCD 简介

LCD 全称是 Liquid Crystal Display，也就是液晶显示器，是现在最常用到的显示器。网上对于 LCD 的原理解释如下：

LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置 TFT(薄膜晶体管)，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过 TFT 上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

现在要在 STM32MP1 开发板上使用 LCD，不需要去研究 LCD 的具体实现原理，只需要从使用的角度去关注 LCD 的几个重要点：

1）分辨率

提起 LCD 显示器，我们都会听到 720P、1080P、2K 或 4K 这样的字眼，这个就是 LCD 显示器分辨率。LCD 显示器都是由一个个的像素点组成，像素点就类似一个灯(在 OLED 显示器中，像素点就是一个小灯)，这个小灯是 RGB 灯，也就是由 R(红色)、 G(绿色)和 B(蓝色)这三种颜色组成的，而 RGB 就是光的三原色。1080P 的意思就是 LCD 屏幕上的像素数量是 19201080 个，也就是这个屏幕一列 1080 个像素点，一共 1920 列，如下图所示：

X 轴就是 LCD 显示器的横轴，Y 轴就是显示器的竖轴。图中的小方块就是像素点，一共有 19201080=2073600 个像素点。左上角的 A 点是第一个像素点，右下角的 C 点就是最后一个像素点。2K 就是 25601440 个像素点，4K 是 38402160 个像素点。很明显，在 LCD 尺寸不变的情况下，分辨率越高越清晰。同样的，分辨率不变的情况下，LCD 尺寸越小越清晰。比如常用的 24 寸显示器基本都是 1080P 的，而
现在使用的 5 寸的手机基本也是 1080P 的，但是手机显示细腻程度就要比 24 寸的显示器要好很多！
由此可见，LCD 显示器的分辨率是一个很重要的参数，但是并不是分辨率越高的 LCD 就越好。衡量一款 LCD 的好坏，分辨率只是其中的一个参数，还有色彩还原程度、色彩偏离、亮度、可视角度、屏幕刷新率等其他参数。

2）像素格式

一个像素点就相当于一个 RGB 小灯，通过控制 R、G、B 这三种颜色的亮度就可以显示出各种各样的色彩。那该如何控制 R、G、B 这三种颜色的显示亮度呢？一般一个像素点的 R、G、B 这三部分分别使用 8bit 的数据，那么一个像素点就是 8bit*3=24bit，也就是说一个像素点 3 个字节，这种像素格式称为 RGB888。如果再加入 8bit 的 Alpha(透明)通道的话一个像素点就是 32bit，也就是 4 个字节，这种像素格式称为 ARGB8888。如果学习过 STM32 的话应该还听过 RGB565 这种像素格式，在本小节中使用 ARGB8888 这种像素格式，一个像素占用 4 个字节的内存，这四个字节每个位的分配如下图所示：
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一个像素点是 4 个字节，其中 bit31 ~ bit24 是 Alpha 通道，bit23 ~ bit16 是 RED 通道，bit15 ~ bit14 是 GREEN 通道，bit7 ~ bit0 是 BLUE 通道。所以红色对应的值就是 0X00FF0000，蓝色对应的值就是 0X000000FF，绿色对应的值为 0X0000FF00。通过调节 R、G、B的比例可以产生其它的颜色，比如0X00FFFF00就是黄色，0X00000000就是黑色，0X00FFFFFF 就是白色。例如电脑的画图工具也可以通过这种方式设置颜色。

3）LCD 屏幕接口

LCD 屏幕或者说显示器有很多种接口，比如在显示器上常见的 VGA、HDMI、DP 等等，但是 STM32MP1 开发板不支持这些接口。STM32MP1 支持 RGB 接口的 LCD，RGBLCD 接口的信号线如下表所示：

信号线	描述
R[7:0]	8 根红色数据线
G[7:0]	8 根绿色数据线
B[7:0]	8 根蓝色数据线
DE	数据使能线
VSYNC	垂直同步信号线
HSYNC	水平同步信号线
PCLK	像素时钟信号

R[7:0]、G[7:0] 和 B[7:0] 这 24 根是数据线，DE、VSYNC、HSYNC 和 PCLK 这四根是控制信号线。RGB LCD 一般有两种驱动模式：DE 模式和 HV 模式，这两个模式的区别是 DE 模式需要用到 DE 信号线，而 HV 模式不需要用到 DE 信号线，在 DE 模式下是可以不需要 HSYNC 信号线的，即使不接 HSYNC 信号线 LCD 也可以正常工作。

正点原子一共有四款 RGB LCD 屏幕，两款 4.3 寸和两款 7 寸屏，每一款有两种分辨率。笔者在买开发板时没有购买 LCD 屏，所以按照教程中，对 7 寸，1024*600这个屏幕进行驱动开发。(猜测都是通用接口，应该差别不大)
原理图：
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J1 就是对外接口，是一个 40PIN 的 FPC 座(0.5mm 间距)，通过 FPC 线，可以连接到 STM32MP1 开发板上。该接口十分完善，采用 RGB888 格式，并支持 DE&HV 模式，还支持触摸屏和背光控制。右侧的几个电阻，并不是都焊接的，用户可以根据自己实际需要而选择
是否焊接(正点原子出厂屏幕不能做修改！)。默认情况，R1和R6焊接，设置 LCD_LR 和 LCD_UD，控制 LCD 的扫描方向，是从左到右，从上到下(横屏看)。而 LCD_R7/G7/B7 则用来设置 LCD 的 ID，由于 RGB LCD 没有读写寄存器，也就没有所谓的 ID，这里通过在模块上面，控制R7/G7/B7 的上/下拉，来自定义 LCD 模块的 ID，帮助 SOC 判断当前 LCD 面板的分辨率和相关参数，以提高程序兼容性。这几个位的设置关系如下表所示：

M2 LCD_B7	M1 LCD_G7	M0 LCD_R7	LCD ID	说明
0	0	0	4342	ATK-4342 RGBLCD 模块，分辨率：480*272
0	0	1	7084	ATK-7084 RGBLCD 模块，分辨率：800*480
0	1	0	7016	ATK-7016 RGBLCD 模块，分辨率：1024*600
1	0	0	4384	ATK-4384 RGBLCD 模块，分辨率：800*480
X	X	X	NC	暂时未用到

ATK-7016 模块，就设置 M2:M0=010 即可。这样在程序里面读取 LCD_R7/G7/B7，得到 M0:M2 的值，从而判断 RGBLCD 模块的型号，并执行不同的配置，即可实现不同 LCD 模块的兼容。

4）LCD 时间参数

如果将 LCD 显示一帧图像的过程想象成绘画，那么在显示的过程中就是用一根“笔”在不同的像素点画上不同的颜色。这根笔按照从左至右、从上到下的顺序扫描每个像素点，并且在像素画上对应的颜色，当画到最后一个像素点的时候一幅图像就绘制好了。假如一个 LCD 的分辨率为 1024*600，那么其扫描如下图所示：
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一帧图像也是由一行一行组成的。HSYNC 是水平同步信号，也叫做行同步信号，当产生此信号就表示开始显示新的一行了，所以此信号都是在图的最左边。VSYNC 信号是垂直同步信号，也叫做帧同步信号，当产生此信号就表示开始显示新的一帧图像了，所以此信号在图的左上角。
在图中还有一圈“黑边”，真正有效的显示区域是中间的白色部分。这一圈“黑边”要从显示器的“祖先” CRT 显示器开始说起，CRT 显示器就是以前很常见的那种大屁股显示器，CRT 显示器屁股后面是个电子枪，这个电子枪就是上面说的“画笔”，电子枪打出的电子撞击到屏幕上的荧光物质使其发光。只要控制电子枪从左到右扫完一行(也就是扫描一行)，然后从上到下扫描完所有行，这样一帧图像就显示出来了。也就是说，显示一帧图像电子枪是按照‘Z’形在运动，当扫描速度很快的时候看起来就是一幅完成的画面了。当显示完一行以后会发出 HSYNC 信号，此时电子枪就会关闭，然后迅速的移动到屏幕的左边，当 HSYNC 信号结束以后就可以显示新的一行数据了，电子枪就会重新打开。在 HSYNC 信号结束到电子枪重新打开之间会插入一段延时，这段延时就是图中的 HBP。当显示完一行以后就会关闭电子枪等待 HSYNC 信号产生，关闭电子枪到 HSYNC 信号产生之间会插入一段延时，这段延时就是图中的 HFP 信号。同理，当显示完一帧图像以后电子枪也会关闭，然后等到 VSYNC 信号产生，期间也会加入一段延时，这段延时就是图中的 VFP。VSYNC 信号产生，电子枪移动到左上角，当 VSYNC 信号结束以后电子枪重新打开，中间也会加入一段延时，这段延时就是图中的 VBP。
HBP、HFP、VBP 和 VFP 就是导致图中黑边的原因，RGB LCD 屏幕内部有一个 IC，发送一行或者一帧数据给 IC，IC 是需要反应时间的。通过这段反应时间可以让 IC 识别到一行数据扫描完了，要换行了，或者一帧图像扫描完了，要开始下一帧图像显示了。因此，在 LCD 屏幕中继续存在 HBP、HFP、VPB 和 VFP 这四个参数的主要目的是为了锁定有效的像素数据。这四个时间是 LCD 重要的时间参数，后面编写 LCD 驱动的时候要用到，至于这四个时间参数具体值是多少，需要去查看所使用的 LCD 数据手册。

5）RGB LCD 屏幕时序

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HSYNC：行同步信号，当此信号有效就表示开始显示新的一行数据，查阅所使用的LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，假设此时是低电平有效。
HSPW：有些地方也叫做 thp，是 HSYNC 信号宽度，也就是 HSYNC 信号持续时间。HSYNC信号不是一个脉冲，而是需要持续一段时间才是有效的，单位为 CLK。
HBP：有些地方叫做 thb，术语叫做行同步信号后肩，单位是 CLK。
HOZVAL：有些地方叫做 thd，显示一行数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600，那么 HOZVAL 就是 1024，单位为 CLK。
HFP：有些地方叫做 thf，术语叫做行同步信号前肩，单位是 CLK。
当 HSYNC 信号发出以后，需要等待 HSPW+HBP 个 CLK 时间才会接收到真正有效的像素数据。当显示完一行数据以后需要等待 HFP 个 CLK 时间才能发出下一个 HSYNC 信号，所以显示一行所需要的时间就是：HSPW + HBP + HOZVAL + HFP。

一帧图像就是由很多个行组成的， RGB LCD 的帧显示时序如下图所示：
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VSYNC：帧同步信号，当此信号有效的话就表示开始显示新的一帧数据，查阅所使用的 LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效，假设此时是低电平有效。
VSPW：些地方也叫做 tvp，是 VSYNC 信号宽度，也就是 VSYNC 信号持续时间，单位为 1 行的时间。
VBP：有些地方叫做 tvb，术语叫做帧同步信号后肩，单位为 1 行的时间。
LINE：有些地方叫做 tvd，显示一帧有效数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600，那么 LINE 就是 600 行的时间。
VFP：有些地方叫做 tvf，术语叫做帧同步信号前肩，单位为 1 行的时间。

显示一帧所需要的时间就是： VSPW+VBP+LINE+VFP 个行时间
最终的计算公式：T = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
因此在配置一款 RGB LCD 的时候需要知道这几个参数：HOZVAL(屏幕有效宽度)、LINE(屏幕有效高度)、HBP、HSPW、HFP、VSPW、VBP 和 VFP。ALIENTEK 三款 RGB LCD屏幕的参数如下表所示：
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6）像素时钟

像素时钟就是 RGB LCD 的时钟信号，以 ATK7016 这款屏幕为例，显示一帧图像所需要的时钟数就是：
= (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)
= (3 + 20 + 600 + 12) * (20 + 140 + 1024 + 160)
= 635 * 1344
= 853440
显示一帧图像需要853440个时钟数，那么显示60帧就是： 853440 * 60 = 51206400 ≈ 51.2M，所以像素时钟就是 51.2MHz。

7）显存

如果采用 ARGB8888 格式，一个像素需要 4 个字节的内存来存放像素数据，那么 1024600 分辨率就需要 1024600*4 = 2457600B ≈ 2.4MB 内存。但是 RGB LCD 内部是没有内存的，所以就需要在开发板上的 DDR3 中分出一段内存作为 RGB LCD 屏幕的显存，如果要在屏幕上显示图像直接操作这部分显存即可。

2.LTDC 接口

LTDC 是 STM32MP1 自带的液晶屏幕接口，用于连接 RGB LCD 接口的屏幕，LTDC 接口特性如下：

① 24 位 RGB 并行像素输出，每像素 8 位(RGB888)
② 2 个带有专用 FIFO 的显示层(FIFO 深度 64x64 位)
③ 查色表(CLUT)，每个图层最高 256 种颜色(256x24)位
④ 可针对不同显示面板编程时序
⑤ 每层有多达 8 个输入颜色格式可供选择，分别为：ARGB8888、RGB888、RGB565、ARGB1555、ARGB4444、L8、AL44、AL88

LTDC接口功能框架：
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从图中可以看出 LTDC 的信号可以分为两类：4 个控制信号(LCD_CLK 像素时钟、LCD_HSYNC 水平同步、LCD_VSYNC 垂直同步、LCD_DE 数据有效)和 3 个 RGB 数据信号(8bit x 3)。

二、DRM 驱动框架

1.DRM 简介

在 Linux 系统中，主流的显示框架有两种：DRM(Direct Rendering Module)框架和 FB(FrameBuffer)框架。FB 框架不能处理基于 3D 加速 GPU 显卡，而 DRM 可以统一管理 GPU显示，所以 DRM 相对于 FB 更能适应新的显示硬件。比如 DRM 支持多层合成、支持 VSYNC、支持 DMA-BUF、支持 fence 机制等等。
下图就是一个 DRM 驱动框架，包括两部分：DRM core 和 DRM driver。DRM core 提供了一个基本的 DRM 框架，DRM driver 就可以注册进 DRM 框架，同时为用户空间提供一组 ioctl。libdrm 对底层接口(DRM driver 提供的 ioctl)进行封装，向上层提供统一的 API 接口。DRM driver 包含了 GEM 模块和 KMS 模块，这两模块也分为好几个小模块。
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图形执行管理器(GEM)：全称 Graphics Execution Manager，这是一个内存管理器，主要负责内存的分配和释放，可以调用 GPU。
DUMB：这是一个 dumb 缓冲区，主要负责一些简单的 buffer 显示，可以通过 CPU 直接渲染 dumb，GPU 不会使用 dumb。
内核显示模式设置(KMS)：全称 Kernel Mode Setting，主要负责显示的控制，包括屏幕分辨率、屏幕刷新率和颜色深度等等。
CRTC：就是指显示控制器，在 DRM 里有多个显存，就可以通过操作 CRTC 来控制要显示那个显存。
Encoder：负责从 CRTC 里输出的 timing 时序转换成外部设备所需要的信号的模块，同时也负责控制 LCD 的显示。
Connector：连接物理显示设备的连接器，比如 DSI、 HDMI 等等。
Plane：负责获取显存，再输出到 CRTC 里，说明 CRTC 必须要有一个 Plane。
帧缓冲(FB)：能够显示图层的 buffer。

GEM 和 KMS 通过以下结构来与显示器对接：
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蓝色框表示 KMS 里的模块。plane 是连接 crtc 和 framebuffer 的纽带；encoder 是连接 crtc 和 connector 的纽带。GEM 是负责和物理的 buffer 打交道。plane 把获取到显存输出到 crtc 里，crtc 通过 connector 接口输出到显示器。

2.ST 官方的 DRM 驱动框架介绍

在 Linux 系统中，DRM 驱动的核心主要就是一个 drm_driver 结构体，驱动程序要初始化drm_driver 结构体，然后调用 drm_dev_init 函数，将其注册到 DRM core。
在设备树文件 stm32mp151.dtsi 中，有一个 ltdc 节点：

ltdc: display-controller@5a001000 {
	compatible = "st,stm32-ltdc";
	reg = <0x5a001000 0x400>;
	interrupts = <GIC_SPI 88 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
				 <GIC_SPI 89 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
	clocks = <&rcc LTDC_PX>;
	clock-names = "lcd";
	resets = <&rcc LTDC_R>;
	status = "disabled";
};

这个文件中的 ltdc 节点信息是所有使用 STM32MP1 芯片的板子所共有的，且不是完整的 ltdc 节点信息。其中 ltdc 节点的 compatible 属性值为“st,stm32-ltdc”，在 Linux源码中搜索这个字符串就可以找到 STM32MP1 的 DRM 驱动文件，这个文件为 “drivers/gpu/drm/stm/drv.c”文件：

static const struct of_device_id drv_dt_ids[] = {
	{.compatible = "st,stm32-ltdc"},
	{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, drv_dt_ids);

static struct platform_driver stm_drm_platform_driver = {
		.probe = stm_drm_platform_probe,
		.remove = stm_drm_platform_remove,
		.driver = {
			.name = "stm32-display",
			.of_match_table = drv_dt_ids,
			.pm = &drv_pm_ops,
		},
};

可以看出，这是一个标准的 platform 驱动，当驱动和设备匹配以后 stm_drm_platform_probe 函数就会执行。和其他设备驱动一样，DRM 也分为 DRM 设备和 DRM 驱动，drm_device 结构体为 DRM 设备，drm_driver 为 DRM 驱动。

drm_device 结构体

drm_device 结构体定义在 include/drm/drm_device.h 文件里，部分内容如下：

struct drm_device {
	struct list_head legacy_dev_list;
	int if_version;
	struct kref ref;
......
	u32 max_vblank_count;
	struct list_head vblank_event_list;
	spinlock_t event_lock;
	struct drm_agp_head *agp;
	struct pci_dev *pdev;
	unsigned int num_crtcs;
	struct drm_mode_config mode_config;
	struct mutex object_name_lock;
	struct idr object_name_idr;
	struct drm_vma_offset_manager *vma_offset_manager;
	struct drm_vram_mm *vram_mm;
	enum switch_power_state switch_power_state;
	struct drm_fb_helper *fb_helper;
};

在编写 DRM 驱动时需要自行申请 drm_device 内存并且使用初始化，可以直接通过 drm_dev_alloc 函数来完成，此函数会先调用 kzalloc 为 drm_device 分配内存，然后调用 drm_dev_init 初始化 drm_device。
原型：

struct drm_device *drm_dev_alloc(struct drm_driver *driver, struct device *parent)

参数：
driver：drm_driver 结构体指针，也就是 DRM 设备对应的 DRM 驱动
parent：父设备
返回值：
返回分配成功的新 DRM 设备
ERR_PTR：drm_device 申请失败

drm_device 分配成功以后还需要使用 drm_dev_register 函数向内核注册：
原型：

int drm_dev_register(struct drm_device *dev, unsigned long flags)

参数：
dev：需要注册到内核的 drm_device
flags：传递给驱动 .load 函数的标志
返回值：
0：成功
负数：失败

drm_driver 结构体

Linux 内核为 DRM 驱动提供一个叫做 drm_driver 的结构体，drm_driver 结构体包含了 DRM驱动的完整属性和操作集合，因此每一个 DRM 驱动都必须有一个 drm_driver。drm_driver 结构体定义在 include/drm/drm_drv.h 文件里：

struct drm_driver {
	int (*load) (struct drm_device *, unsigned long flags);
	int (*open) (struct drm_device *, struct drm_file *);
......

	int (*dumb_create)(struct drm_file *file_priv,
					   struct drm_device *dev,
					   struct drm_mode_create_dumb *args);
	int (*dumb_map_offset)(struct drm_file *file_priv,
						   struct drm_device *dev, uint32_t handle,
						   uint64_t *offset);
	int (*dumb_destroy)(struct drm_file *file_priv,
						struct drm_device *dev,
						uint32_t handle);
	const struct vm_operations_struct *gem_vm_ops;
	
	int major; /* 驱动主设备号 */
	int minor; /* 驱动次设备号 */
	int patchlevel; /* 驱动补丁等级 */
	char *name; /* 驱动名字 */
	char *desc; /* 驱动描述 */
	char *date; /* 驱动日期 */
	u32 driver_features; /* 驱动特性 */
	const struct drm_ioctl_desc *ioctls;
	int num_ioctls;
	const struct file_operations *fops;
	
	struct list_head legacy_dev_list;
	int (*firstopen) (struct drm_device *);
	void (*preclose) (struct drm_device *, struct drm_file *file_priv);
	int (*dma_ioctl) (struct drm_device *dev, void *data,
					  struct drm_file *file_priv);
	int (*dma_quiescent) (struct drm_device *);
	int (*context_dtor) (struct drm_device *dev, int context);
	int dev_priv_size;
};

成员变量比较多，重点是driver_features、fops 和 dumb_create。
①dumb_create 是一个回调函数，用于创建 gem 对象，并分配物理 buffer。
②driver_features 用来描述驱动特性，枚举类型 drm_driver_feature 定义了可以选择的驱动特性：

DRIVER_GEM：驱动使用 GEM 内存管理，此特性必须选中！
DRIVER_MODESET：驱动支持模式设置接口(KMS)。
DRIVER_RENDER：驱动支持专用渲染节点。
DRIVER_ATOMIC：驱动提供完整的原子操作，以供用户空间 API 函数操作。
DRIVER_SYNCOBJ：驱动支持 SYNCOBJ，用于命令提交的显式同步。
DRIVER_SYNCOBJ_TIMELINE：驱动支持 SYNCOBJ 时间线。
DRIVER_USE_AGP：驱动程序使用 AGP 接口， DRM 核心将管理 AGP 资源。
DRIVER_LEGACY：表明这是一个使用影子附着的旧驱动程序，不使用。
DRIVER_PCI_DMA：驱动支持 PCI DMA。
DRIVER_SG：驱动可以提供 scatter/gather DMA 功能
DRIVER_HAVE_DMA：驱动支持 DMA。
DRIVER_HAVE_IRQ：驱动支持 IRQ，旧驱动使用。
DRIVER_KMS_LEGACY_CONTEXT：仅供 nouveau 使用！

③fops 就是一个简单的字符设备接口结构体

当设备和驱动匹配成功以后 stm_drm_platform_probe 函数就会执行，函数内容如下：

static int stm_drm_platform_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	struct drm_device *ddev;
	int ret;
	
	DRM_DEBUG("%s\n", __func__);
	
	dma_set_coherent_mask(dev, DMA_BIT_MASK(32));
	
	ddev = drm_dev_alloc(&drv_driver, dev);
	if (IS_ERR(ddev))
		return PTR_ERR(ddev);
	
	ret = drv_load(ddev);
	if (ret)
		goto err_put;
	
	ret = drm_dev_register(ddev, 0);
	if (ret)
		goto err_put;
	
	drm_fbdev_generic_setup(ddev, 16);
	
	return 0;
	
err_put:
	drm_dev_put(ddev);
	return ret;
}

①drm_dev_alloc 函数，此函数主要完成以下功能：

a.给 drm_device 分配内存。
b.通过 drm_dev_init 函数初始化 drm_device3

drm_dev_alloc 会通过调用 drm_dev_init 函数将 drm_driver 和 drm_device 联系起来，drm_device 结构体里面有个 drvier 指针成员变量，此成员变量指向 DRM 设备对应的 DRM 驱动的。因此，drm_dev_init 函数会通过将 drm_device 下的 driver 成员变量指向 drm_driver 来实现两者相连。
②drv_load 这个函数就是初始化 KMS
③注册 drm_device 对象进 DRM core

drv_load 函数：

#define STM_MAX_FB_WIDTH 2048
#define STM_MAX_FB_HEIGHT 2048

static const struct drm_mode_config_funcs drv_mode_config_funcs = {
	.fb_create = drm_gem_fb_create,
	.atomic_check = drm_atomic_helper_check,
	.atomic_commit = drm_atomic_helper_commit,
};
......
static int drv_load(struct drm_device *ddev)
{
	struct platform_device *pdev = to_platform_device(ddev->dev);
	struct ltdc_device *ldev;
	int ret;

	DRM_DEBUG("%s\n", __func__);
	
	ldev = devm_kzalloc(ddev->dev, sizeof(*ldev), GFP_KERNEL);
	if (!ldev)
		return -ENOMEM;

	ddev->dev_private = (void *)ldev;

	drm_mode_config_init(ddev);

	/*
	* set max width and height as default value.
	* this value would be used to check framebuffer size limitation
	* at drm_mode_addfb().
	*/
	ddev->mode_config.min_width = 0;
	ddev->mode_config.min_height = 0;
	ddev->mode_config.max_width = STM_MAX_FB_WIDTH;
	ddev->mode_config.max_height = STM_MAX_FB_HEIGHT;
	ddev->mode_config.funcs = &drv_mode_config_funcs;
	
	ret = ltdc_load(ddev);
	if (ret)
		goto err;
	
	drm_mode_config_reset(ddev);
	drm_kms_helper_poll_init(ddev);
	
	platform_set_drvdata(pdev, ddev);
	
	return 0;
err:
	drm_mode_config_cleanup(ddev);
	return ret;
}

①前两行设置DRM 驱动 X 轴(宽度)最大支持 2048 个像素，设置 DRM 驱动 Y 轴(宽度)最大支持 2048 个像素，可以看出驱动里面设置的最大分辨率支持2048 * 2048。但是根据STM32MP157 手册所描述，最大支持1366 * 768分辨率的屏幕。
② mode_config.funcs 设置 framebuffer 的回调函数结构体。
③ ltdc_load 引入 drm_panel 结构体，此结构体作用是提供一堆控制回调函数，比如屏幕参数回调函数，背光控制函数等等。ltdc_load函数是负责初始化ltdc接口(同时connector 和 encoder 一起初始化)。在 connector 初始化时，就会调用 drm_panel 结构体里的获取屏幕参数函数(所以只需要提供一个屏的驱动就能正常显示了)。通常 encoder 和 connector 是放在同一个驱动初始化的，目的是为了方便驱动程序设计。

要完成整个 DRM 驱动的正常初始化，前面的 GEM 和 KMS 这些模块已经由 ST 官方提供，开发人员只需提供一个 drm_panel 对象即可。打开“include/drm/drm_panel.h”文件：

struct drm_panel {
	struct drm_device *drm; /* drm_device 对象 */
	struct drm_connector *connector; /* connector 对象 */
	struct device *dev; /* 设备节点 dev */
	const struct drm_panel_funcs *funcs; /* 回调函数的结构体 */
	struct list_head list;
};

这里就是 drm_panel 的结构体定义，开发者按照要求实现一个 drm_panel 对象后，传入驱动框架即可完成驱动开发。

3.RGB LCD 驱动分析(屏的驱动)

drm_panel 结构体是基类，panel_simple 在 drm_panel 基础上增加了一些成员变量，相当于继承类。LCD 驱动文件为 drivers/gpu/drm/panel/panelsimple.c，其中有如下内容：

99  struct panel_simple {
100 	struct drm_panel base;
101 	bool prepared;
102 	bool enabled;
103 	bool no_hpd;
104
105 	const struct panel_desc *desc;
106
107 	struct backlight_device *backlight;
108 	struct regulator *supply;
109 	struct i2c_adapter *ddc;
110
111 	struct gpio_desc *enable_gpio;
112
113 	struct drm_display_mode override_mode;
114 };

panel_simple 结构体用来管理 RGB LCD 设备。
第 100行，base成员变量，为 drm_panel 结构体类型。可以看出 panel_simple 就是在 drm_panel 的基础上发展而来的，在 DRM 驱动注册的时候就会回调 base->funcs。
第 105 行，desc 属性就是 RGB 屏参数结构体。
第 107 行，屏的背光结构体。

与设备树匹配

LCD 驱动的 platform_driver：

3491 static struct platform_driver panel_simple_platform_driver = {
3492 	.driver = {
3493 		.name = "panel-simple",
3494 		.of_match_table = platform_of_match,
3495 },
3496 	.probe = panel_simple_platform_probe,
3497 	.remove = panel_simple_platform_remove,
3498 	.shutdown = panel_simple_platform_shutdown,
3499 };

这是一个标准的 platform 驱动框架，第 3494 行就是匹配表。platform_of_match 内容如下所示(有省略)：

3133 static const struct of_device_id platform_of_match[] = {
3134 	{
3135 		.compatible = "ampire,am-480272h3tmqw-t01h",
3136 		.data = &ampire_am_480272h3tmqw_t01h,
3137 	}, {
3138 		.compatible = "ampire,am800480r3tmqwa1h",
3139 		.data = &ampire_am800480r3tmqwa1h,
3140 	}, {}
3141 };

platform_of_match 里面有大量的匹配项，分别针对不同的屏幕，比如：第 3135 行就是一个匹配项，compatible 内容为“ampire,am-480272h3tmqw-t01h”。
第 3136 行，在 platform 框架里有个 data 成员变量，这个是一个 void 类型的指针，这里指向 ampire_am_480272h3tmqw_t01h，内容如下所示：

515 static const struct drm_display_mode ampire_am_480272h3tmqw_t01h_mode = {
516 	.clock = 9000, /* LCD 像素时钟，单位 KHz */
517 	.hdisplay = 480, /* LCD X 轴像素个数 */
518 	.hsync_start = 480 + 2, /* LCD X 轴+hbp 的像素个数 */
519 	.hsync_end = 480 + 2 + 41, /* LCD X 轴+hbp+hspw 的像素个数 */
520 	.htotal = 480 + 2 + 41 + 2, /* LCD X 轴+hbp+hspw+hfp 的像素个数 */
521 	.vdisplay = 272, /* LCD Y 轴像素个数 */
522 	.vsync_start = 272 + 2, /* LCD Y 轴+vbp 的像素个数 */
523 	.vsync_end = 272 + 2 + 10, /* LCD Y 轴+vbp+vspw 的像素个数 */
524 	.vtotal = 272 + 2 + 10 + 2, /* LCD Y 轴+vbp+vspw+vfp 的像素个数 */
525 	.vrefresh = 60, /* LCD 的刷新频率为 60HZ */
526 	.flags = DRM_MODE_FLAG_PHSYNC | DRM_MODE_FLAG_PVSYNC,
527 };
528
529 static const struct panel_desc ampire_am_480272h3tmqw_t01h = {
530 	.modes = &ampire_am_480272h3tmqw_t01h_mode,
531 	.num_modes = 1,
532 	.bpc = 8,
533 	.size = {
534 		.width = 105,
535 		.height = 67,
536 	},
537 	.bus_format = MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24,
538 };

第 516~525 行，drm_display_mode 结构体就是用来设置屏幕参数。
第 529 行，定义一个 panel_desc 结构体对象。
第 530 行，modes 变量设置为 ampire_am_480272h3tmqw_t01h_mode。
第 531 行，设置 modes 的数量。
第 532 行，设置屏幕为 8bit。
第 533~536 行，设置屏幕实际显示区域的物理宽度，单位为毫米，此屏幕尺寸为 105mm x 67mm。
第 537 行，bus_format 属性设置总线模式， include/uapi/linux/media-bus-format.h 里面定义了所有可选的总线类型：

1  #define MEDIA_BUS_FMT_FIXED 0x0001
2
3  /* RGB - next is 0x101d */
4  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_1X12 0x1016
5  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_2X8_PADHI_BE 0x1001
6  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB444_2X8_PADHI_LE 0x1002
7  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB555_2X8_PADHI_BE 0x1003
8  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB555_2X8_PADHI_LE 0x1004
9  #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_1X16 0x1017
10 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR565_2X8_BE 0x1005
11 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR565_2X8_LE 0x1006
12 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_2X8_BE 0x1007
13 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB565_2X8_LE 0x1008
14 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X18 0x1009
15 #define MEDIA_BUS_FMT_RBG888_1X24 0x100e
16 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X24_CPADHI 0x1015
17 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB666_1X7X3_SPWG 0x1010
18 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR888_1X24 0x1013
19 #define MEDIA_BUS_FMT_BGR888_3X8 0x101b
20 #define MEDIA_BUS_FMT_GBR888_1X24 0x1014
21 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24 0x100a
22 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_2X12_BE 0x100b
23 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_2X12_LE 0x100c
24 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_3X8 0x101c
25 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X7X4_SPWG 0x1011
26 #define MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X7X4_JEIDA 0x1012
27 #define MEDIA_BUS_FMT_ARGB8888_1X32 0x100d
......
121 /* HSV - next is 0x6002 */
122 #define MEDIA_BUS_FMT_AHSV8888_1X32 0x6001

可以看出，Linux 内核支持很多种不同的总线格式，比如 RGB、YUV、Bayer 等。以 MEDIA_BUS_FMT_RGB888_1X24 为例，这个总线格式的含义如下：
①从“RGB888”可以看出，这是一个 RGB888 格式的。
②后面的“1X24”表示一个像素点使用 24bit，如果是 2X8 就表示一个像素点使用 2 个 8bit 表示。
③有的右边还会有“BE”或“LE”，BE 表示最高位先传输，LE 表示最低位先传输。假设设备树里有个设备节点的 compatible 属性为“ampire,am-480272h3tmqw-t01h”，那么就会和驱动匹配成功，然后运行 panel_simple_platform_probe 函数，此函数的内容如下所示：

3470 static int panel_simple_platform_probe(struct platform_device *pdev)
3471 {
3472 const struct of_device_id *id;
3473
3474 id = of_match_node(platform_of_match, pdev->dev.of_node);
3475 if (!id)
3476 return -ENODEV;
3477
3478 return panel_simple_probe(&pdev->dev, id->data);
3479 }

第 3474 行，使用 of_match_node 函数查找匹配的设备 ID。
第 3478 行，当得到匹配的设备 ID(of_device_id)以后就可以通过提取 data 成员变量得到屏幕参数信息，比如此处 id->data 就是 ampire_am_480272h3tmqw_t01h。最后调用 panel_simple_probe 函数将其注册到内核，panel_simple_probe 函数也定义在 drivers/gpu/drm/panel/panel-simple.c 文件中，函数内容如下所示：

414 static int panel_simple_probe(struct device *dev, const struct panel_desc *desc)
415 {
416 	struct device_node *backlight, *ddc;
417 	struct panel_simple *panel;
418 	struct display_timing dt;
419 	int err;
420
421 	panel = devm_kzalloc(dev, sizeof(*panel), GFP_KERNEL);
422 	if (!panel)
423 		return -ENOMEM;
424
425 	panel->enabled = false;
426 	panel->prepared = false;
427 	panel->desc = desc;
428
......
444 	backlight = of_parse_phandle(dev->of_node, "backlight", 0);
445 	if (backlight) {
446 		panel->backlight = of_find_backlight_by_node(backlight);
447 		of_node_put(backlight);
448
449 		if (!panel->backlight)
450 			return -EPROBE_DEFER;
451 	}
452
......
467 	drm_panel_init(&panel->base);
468 	panel->base.dev = dev;
469 	panel->base.funcs = &panel_simple_funcs;
470
471 	err = drm_panel_add(&panel->base);
472 	if (err < 0)
473 		goto free_ddc;
474
475 	dev_set_drvdata(dev, panel);
476
477 	return 0;
478
479 free_ddc:
480 	if (panel->ddc)
481 		put_device(&panel->ddc->dev);
482 free_backlight:
483 	if (panel->backlight)
484 		put_device(&panel->backlight->dev);
485 	return err;
486 }

第 427 行，设置屏幕参数。
第 444 行，从设备树里获取背光节点，所以我们的设备树要提供“backlight”属性。
第 467 行，用 drm_panel_init 函数初始化屏幕。
第 469 行，设置 panel_simple 的回调函数，为 DRM 驱动注册的时候提供屏的参数。
第 471 行，把屏幕注册到内核。

三、总结

LCD 屏的驱动分析结束，总结一下添加自己的屏要做哪些操作：
①在根节点下提供一个 LCD 设备树，包含背光的节点和引用 ltdc 节点。
②在 panel-simple.c 文件里的 platform_of_match 结构体里添加一组设备 ID，此设备 ID 对应所使用的屏幕，重点是屏幕参数 panel_desc 结构体。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-719193.html

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