ARM9+Linux下電子紙驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)在ARM9+Linux系統(tǒng)下對(duì)電子紙的快速、有效控制，設(shè)計(jì)了一種基于電子紙顯示控制芯片(GD6210E)的電子紙驅(qū)動(dòng)。根據(jù)S3C2440 ARM9處理器和GD6210E的接口特點(diǎn)，利用S3C2440的GPIO口來擴(kuò)展GD6210E，最后利用Linux為顯示設(shè)備提供的幀緩沖專用接口編寫驅(qū)動(dòng)程序，完成電子紙的驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)有利于電子紙的普及應(yīng)用。

電子紙可以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的重寫，具有對(duì)比度高、重量輕、可以適當(dāng)彎曲，且在斷電的情況下，能保持原有的顯示內(nèi)容等優(yōu)點(diǎn)。Linux是一種具有開放性、多用戶、多任務(wù)、設(shè)備獨(dú)立性、系統(tǒng)可靠安全、良好移植性等優(yōu)點(diǎn)的操作系統(tǒng)[1]，其內(nèi)核可根據(jù)具體的運(yùn)行平臺(tái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?，這對(duì)于資源有限的嵌入式系統(tǒng)至關(guān)重要。因此，如何將電子紙顯示屏移植應(yīng)用到Linux操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)下，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

本文采用GD6210E作為電子紙顯示屏的控制芯片，在S3C2440處理器上使用GPIO口對(duì)GD6210E進(jìn)行擴(kuò)展。編寫、編譯基于Linux中framebuffer的電子紙顯示屏驅(qū)動(dòng)程序。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與電子紙顯示屏驅(qū)動(dòng)電路接口設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文搭建的嵌入式系統(tǒng)采用Samsung公司推出的S3C2440芯片為處理器。S3C2440采用ARM920T內(nèi)核，擁有豐富的GPIO口，能夠很好地對(duì)電子紙顯示屏控制芯片實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展；外圍設(shè)備有容量為128 MB的NAND Flash、64 MB的SDRAM、以太網(wǎng)以及擴(kuò)展GD6210E電子紙顯示屏控制芯片[2-3]等。嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 電子紙顯示屏控制芯片接口設(shè)計(jì)

GD6210E芯片是Giga Device Semiconductor公司開發(fā)的電子紙控制芯片。該控制芯片提供多種顯示功能，如支持部分屏或整屏顯示、全局或局部刷新、支持圖像翻轉(zhuǎn)等，從而能夠減少CPU的運(yùn)算時(shí)間，并支持CPU用命令訪問內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)介質(zhì)。

在接口設(shè)計(jì)上，本文使用S3C2440的GPD0~GPD15作為數(shù)據(jù)/命令的輸入/輸出口；GPC15作為探測(cè)GD6210E是否準(zhǔn)備好下一次操作的引腳，若為1，說明在GD6210E上已完成一個(gè)操作，進(jìn)入等待接收下一個(gè)操作命令狀態(tài)；利用S3C2440的CLKOUT0引腳為GD6210E提供時(shí)鐘源/S3C2440對(duì)GD6210E擴(kuò)展接口如圖2所示。

2 Linux下電子紙驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

2.1 Linux驅(qū)動(dòng)程序的一般編寫方法

驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用程序與硬件之間的一個(gè)中間軟件層，沒有main()函數(shù)，其工作過程是通過使用宏module_init(初始化函數(shù)名)將初始化函數(shù)加入內(nèi)核全局初始化函數(shù)列表中，在內(nèi)核初始化時(shí)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)，從而完成驅(qū)動(dòng)的初始化和注冊(cè)，之后驅(qū)動(dòng)便停止，等待被應(yīng)用程序調(diào)用。應(yīng)用程序通過調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)的接口函數(shù)(如read()、ioctl()等)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的操作。

本文設(shè)計(jì)的電子紙驅(qū)動(dòng)程序基于framebuffer，整體分為兩大部分：(1)GD6210E的驅(qū)動(dòng)程序，其任務(wù)是完成S3C2440 GPIO口的設(shè)置、GD6210E初始化并使其處在運(yùn)行狀態(tài)；(2)完成framebuffer的填寫和內(nèi)核對(duì)顯示設(shè)備驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)。

2.2 Linux下GD6210E驅(qū)動(dòng)程序

GD6210E是一個(gè)從設(shè)備，無法自主地工作，必須由外部的CPU對(duì)其發(fā)送命令，再把命令轉(zhuǎn)換成能使電子紙顯示屏做出相應(yīng)動(dòng)作的電平時(shí)序。GD6210E驅(qū)動(dòng)程序分為以下部分。

(1)初始化GD6210E。首先分別利用Linux中的s3c-2410_gpio_cfgpin()和s3c2410 _gpio_setpin()兩個(gè)函數(shù)設(shè)置復(fù)用GPIO口的引腳功能和引腳值。接口配置完后，再向GD6210E發(fā)出INIT_SYS_RUN命令，使芯片進(jìn)入等待初始化狀態(tài)；然后初始化GD6210E中的display engine，填寫顯示時(shí)序寄存器，配置顯示時(shí)序。其中時(shí)序包括行數(shù)據(jù)輸出時(shí)間、行同步時(shí)間、幀數(shù)據(jù)輸出時(shí)間、幀同步時(shí)間；最后設(shè)置Image buffer和Updimage buffer在GD6210E中SDRAM的開始地址，至此初始化完成。GD6210E初始化流程如圖3所示。