Mini2440裸机开发之LCD编程（GB2312、ASCII字库制作）

在上一节我们介绍了LCD的硬件基础只是、以及S3C2440 LCD控制器相关的寄存器。这一节我们将会动手在LCD上显示一幅日落的图片。

一、LCD初始化编程步骤

1.1 初始化GPIO，引脚复用

在上一节我们介绍了S3C2440这些引脚对应的LCD TFT上的引脚。这里就不在重复介绍了。我们需要配置Port C和Port D为LCD功能。

端口C相关寄存器的相关信息。

(1) GPCCON

由上表可知,B端口的控制寄存器可以将每个引脚配置为四种模式:

• 00：输入模式


• 01：输出模式


• 10：功能扩展模式


• 11：保留模式

配置端口C功能复用为LCD：

GPCCON=0xaaaaaaaa

(2) GPCDAT

(3) GPCUP

禁止上拉：

GPCUP = 0xffffffff;

端口D相关寄存器的相关信息。

(1) GPDCON

由上表可知,B端口的控制寄存器可以将每个引脚配置为四种模式:

• 00：输入模式


• 01：输出模式


• 10：功能扩展模式


• 11：保留模式

配置端口D功能复用为LCD：

GPDCON=0xaaaaaaaa

(2) GPDDAT

(3) GPDUP

禁止上拉：

GPDUP = 0xffffffff;

总结下来：

void _lcd_gpio_init()
{
GPCUP = 0xffffffff; /* Disable Pull - up register */
GPCCON = 0xaaaaaaaa; /* Initialize VD[7:0], VM, VFRAME, VLINE, VCLK */
GPDUP = 0xffffffff; /* Disable Pull - up register */
GPDCON = 0xaaaaaaaa; /* Initialize VD[15:8] */
}

1.2 打开LCD电源

LCD_PWR对应的引脚,所以设置GPG4就可以控制LED背光电源了。(GPGCON:9-8写入11)，这时候LCD电源的打开/关闭可以通过LCDCON5位3来控制：

LCD_PWREN 输出信号使能/禁止：0 = 禁止PWREN 信号 1 = 允许PWREN信号：

void _lcd_power_on()
{
/* 打开LCD电源 */
GPGUP |= (1 <<4); /* Pull - up disable */
GPGCON |= (3 <<8); /* 设置GPG4引脚为LCD_PWREN模式 */
LCDCON5 |= (1 <<3); /* LCD_PWREN输出信号使能 */
}

1.3 设置其他信号线

其他信号线包括VD0-VD23和VFRAME、VLINE、VCLK等，分别在GPCCON,GPDCON中选择相应功能。这些在上一节已经介绍过。这里就稍微提一下

1) 设置VCLK、BPPMODE、PNRMODE

(VCLK)LCD的Datasheet上一般会写有一个推荐的频率，上一节已经介绍过我使用的屏幕推荐频率为6.4M，我们通过计算得到的CLKVAL=7比较合适。写入LCDCON1位17-8；

位4-1选择BPP（位每像素）模式    1100 = TFT 的16 BPP；

位6-5选择显示模式  11 = TFT LCD 面板

2) 设置其他相关参数

LCD相关的参数主要还有这几个：LINEVAL: LCD水平像素-1，如240-1 = 239；
HOZVAL:  LCD垂直像素-1，如320-1 = 319；
HFPD:    行开始前的VCLK时钟数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
HBPD:    行结束后的VCLK时钟数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
HSPW:    行之间水平同步的无效VCLK时钟数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
VFPD:    帧数据开始前的空白行数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
VBPD:    帧数据结束后的空白行数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
VSPW:    帧之间垂直同步的无效行数(LCD屏幕的Datasheet一般有推荐值)；
(相关寄存器LCDCON2, LCDCON3, LCDCON4)；

3) 设置视频缓冲区的地址

S3C2440支持虚拟屏幕，可以通过改变LCD寄存器实现屏幕快速移动；
PAGEWIDTH:虚拟屏幕一行的字节数，如果不使用虚拟屏幕，设置为实际屏幕的行半字数，如16位宽320像素，设为320 ；
OFFSIZE:虚拟屏幕左侧偏移的字节数，如果不使用虚拟屏幕，设置为0；
LCDBANK: 视频帧缓冲区内存地址30-22位；
LCDBASEU: 视频帧缓冲区的开始地址21-1位；
LCDBASEL: 视频帧缓冲区的结束地址21-1位；
(相关寄存器LCDSADDR1,LCDSADDR2,LCDSADDR3)；

4) 确定信号的极性

S3C2440的LCD控制器允许设置VCLK、VLINE、VFRAME等信号的极性(上升沿有效还是下降沿有效)，需要对照LCD的Datasheet一一确认。
(相关寄存器LCDCON5)

5) 关中断

设置LCDINTMSK位1-0。

6) 禁止LPC3600/LCC3600模式

如果不是使用三星LPC3600/LCC3600 LCD，必须禁止LPC3600/LCC3600模式(写入0到TCONSEL位4、0)。

7)  关闭临时调色板

TPAL位24设置为0。

总体设置代码如下：

void _lcd_control_init()
{
/* [17:8] CLKVAL
* [6:5] PNRMODE；选择显示模式
* 00 = 4 位双扫描显示模式 01 = 4 位单扫描显示模式（STN）
* 10 = 8 位单扫描显示模式 11 = TFT LCD 面板
* [4:1] BPPMODE 选择BPP（位每像素）模式 1100 = TFT 的16 BPP
* [0] ENVID LCD 视频输出和逻辑使能/禁止。
* 0 = 禁止视频输出和LCD 控制信号 1 = 允许视频输出和LCD 控制信号
*/
LCDCON1 = (CLKVAL<<8)| (3<<5)|(0xC<<1); /* 16 bpp for TFT */
/* [31:24] VBPD：帧同步信号的后肩
* [23:14] LINEVAL：LCD面板的垂直尺寸
* [13:6] VFPD：帧同步信号的前肩
* [5:0] VSPW：同步信号的脉宽
*/
LCDCON2 = (VBPD<<24)|(LINEVAL<<14)|(VFPD<<6)|(VSPW);
/* [25:19] HBPD: 行同步信号的后肩
* [18:8] HOZVAL: LCD面板的水平尺寸
* [7:0] HFPD: 行同步信号的前肩
*/
LCDCON3 = (HBPD<<19)|(HOZVAL<<8)|(HFPD);
LCDCON4 = (HSPW);
/* [11] FRM565: 此位选择16 BPP 输出视频数据的格式 0 = 5:5:5:1 格式 1= 5:6:5 格式
* [10] STN/TFT: 此位控制VCLK 有效沿的极性
* [9] INVVLINE: STN/TFT：此位表明VLINE/HSYNC 脉冲极性 0 = 正常 1 = 反转
* [8] INVVFRAME: STN/TFT：此位表明VFRAME/VSYNC 脉冲极性 0 = 正常 1 = 反转
* VLINE/HSYNC 脉冲极性、VFRAME/VSYNC 脉冲极性反转(LCD型号决定)
* [0] HWSWP: STN/TFT：半字节交换控制位 0 = 交换禁止 1 = 交换使能
*/
LCDCON5 = ((1<<11) | (1<<10) | (1 <<9) | (1 <<8) | (1 <<0));
#define M5D(n) ((n)&0x1fffff)
#define LCD_ADDR ((u32)LCD_BUFFER) /* FrameBuffer地址 */
/* [29:21] LCDBANK:存放帧缓冲起始地址的[30:22]
* [20:0] LCDBASEU: 存放帧缓冲起始地址的[21:1]
*/
LCDSADDR1 = ((LCD_ADDR >> 22) <<21) | (M5D(LCD_ADDR >> 1)) ;
/* 存放帧结束地址[21:1] */
LCDSADDR2 = M5D((LCD_ADDR + (LCD_WIDTH * LCD_HEIGHT * 2 )) >> 1);
/* [21:11] OFFSIZE:表示虚拟屏偏移尺寸 即上一行最后像素点到下一行第一个像素点之间间隔多少个像素点
* [10:0] PAGEWIDTH:表示行的宽度（半字为单位 16bit）
*/
LCDSADDR3 = LCD_WIDTH;
LCDINTMSK |= 3;
TCONSEL &= ~((1 <<4) | 1);
TPAL = 0x00; /* 关闭临时调色板 */
}

1.4 打开视频输出

ENVID设为1 (LCDCON1:0写入1)。

/* LCD使能 */
LCDCON1 |= 1;

到此LCD初始化步骤就介绍完成了，整体代码如下：

void lcd_init()
{
_lcd_gpio_init();
_lcd_control_init();
_lcd_power_on();
/* LCD使能 */
LCDCON1 |= 1;
}

二、显示BMP图片

如果想在LCD上显示一幅图片，只需要向LCD_BUFFER缓冲区写入图片数据即可。

void lcd_draw_bmp(u16 x0,u16 y0,u16 width,u16 height,const u8 *bmp)
{
u16 x,y;
u16 c;
u32 p = 0;
/* 绘制每一行 */
for( y = 0 ; y )
{
/* 绘制每一点 */
for( x = 0 ; x )
{
c = bmp[p + 1] | (bmp[p] <<8);
/* bmp.c中的数组元素大小是8bit，屏幕像素设置16bit */
if (((x0 + x) /* LCD尺寸范围,根据实际LCD设置 */
{
LCD_BUFFER[y0 + y][x0 + x] = c;
}
p = p + 2 ; /* 屏幕像素设置16bit,所以要+2 */
}
}
}

在Ecllispe调试模式下，将代码直接下载SDRAM地址0x30000000运行，图片显示正常：

但是通过MiniTools下载到SDRAM地址0x30000000运行，图片却显示异常：

目前原因还未排查清楚。

三、显示字符

3.1 字符显示原理

既然我们能使用LCD去显示图片，那么去显示字符其实也是很简单的道理。我们可以把每个字符看成一个比较小的图片。

比如16*16的汉字显示原理就是在一个长宽16的正方形中绘制若干个点，这样就只有弄清楚哪些点是要显示的就行了。比如第一行要显示一个点我们就可以 xxxxxxxoxxxxxxxx， 我们只有把中间的圈显示，其余的点不显示就可以了。

这样我们就可以用一个数组来保存这些点，每一位表示是否要显示，当然这一位要显示什么颜色， 我们可以自行设置。

3.2 字符制作

对于字模数组的提取现在已经有很多好用的字模提取软件，字库软件的，到网上搜一个然后就很容易了，只要输入想要显示的汉字软件就帮你把字模的数组显示好了，你只有把这个字模数组放到程序当中去就可以了。

当然这里要注意字模提取的顺序，还有有些字模软件中可以设置要不要倒序的问题，这里我用的是 PCtoLCD2002.EXE 这个软件，我的LCD的取模方式是横向取模，字节不倒序，C51格式 。

结果为：

你(0)
DB 08H 80H 08H 80H 08H 80H 11H FEH 11H 02H 32H 04H 34H 20H 50H 20H;
DB 91H 28H 11H 24H 12H 24H 12H 22H 14H 22H 10H 20H 10H A0H 10H 40H;"你",0

可以看到一共生成32个字节，每两个字节对应图片中一行的16个点，我们以第一行对应的两个字节为例 0x08 0x80，转换成二进制就是0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0，也就是说将第一行16个像素中的第5个、9个像素点亮。

当然要是有很多汉字要显示的话一个一个字去提取就不容易了。现在已经有人或者有一些标准已经把汉字弄成了一些字库，像16*16的话就标准库GB2312 ，但是注意，这些库好像要么是没有后缀名要么是数据库形式，对于裸机还是比较不方便，这里的话可以去找一下有人把这些做成了C语言数组形式这样就比较好用 了，不过这样有点占内存，16*16 / 8 = 32 就是一个字占32个字节，常用汉字字符库的话一般有6 7千个，那么简单算一下应该就需要差不多200k的内存，对于单片机来说还是比较难以消化的。

3.3 字符原理

有了字库我们就只需要找个我们需要的汉字然后取出来显示就好了，但是怎么找这么汉字，当然这么问题别人早已经解决。

首先对于汉字在GB2312编码中使用两个字节表示，收录7445个图形字符，其中包括6763个汉字。，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个；同时收录包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄罗斯语西里尔字母在内的682个全形字符。

GB2312对所收汉字进行了“分区”处理，每区含有94个汉字/符号。这种表示方式也称为区位码。

• 01-09区为特殊符号；


• 10-15区没有编码；


• 6-55区为一级汉字，按拼音排序，共3755个；


• 56-87区为二级汉字，按部首／笔画排序，共3008个；


• 88-94区没有编码；


• GB2312只是编码表，在计算机中通常都是用"EUC-CN"表示法，即在每个区位加上0xA0来表示。区和位分别占用一个字节。

GB2312编码规则

• 2字节编码，高位为0xA1-0xFE，低位为0xA1-0xFE；（0xFF并没有使用，所以高、低的范围均为0xFE-0xA1+1=94个）


• 汉字区域，高位为0xB0-0xF7，低位为0xA1-0xFE


• 特殊符号，高位为0xA1-0xA9，低位为0xA1-0xFE

举例来说，“啊”字是GB2312之中的第一个汉字，它的区位码就是1601。

字节编码，通常采用EUC储存方法，以便兼容于ASCII。每个汉字及符号以两个字节来表示。第一个字节称为“高位字节”，第二个字节称为“低位字节”。

• “高位字节”使用了0xA1-0xFF(把01-94区的区号加上0xA0)；


• “低位字节”使用了0xA1-0xFF(把01-94加上0xA0)。

例如“啊”字在大多数程序中，会以0xB0A1储存（与区位码对比：0xB0=0xA0+16,0xA1=0xA0+1）。

有了区位码。这样我们查找汉字是就比较方便了，首先我们通过区号找个是属于哪个区，然后再通过位号找个属于哪个位就可以找到汉字了，

假设我们将我们的GB2312字库采用二位数组表示，数组长度为94*94=8836：

const u8 GB2312[][32] ;

我们将汉字采用GB2312编码，我们需要计算每个汉字在二位数组的索引，该索引为（高位字节-0xA1）*94 + (低位字节-0xA1)。

在GB2312编码表里面，区位码里有英文和数字，按道理说是不是也应该是双字节的呢。

而一般情况下，我们见到的英文和数字是单字节的，以ASCII编码，也就是说现代的GB2312编码是兼容ASCII编码的。比如一个数字2，对应的二进制是0x32，而不是 0xA3 0xB2。那么问题来了，0xA3 0xB2 又对应到什么呢？还是２（笑）。注意看了，这里的２跟2是不是有点不太一样？！确实是不一样的。这里的双字节２是全角的二，ASCII的2是半角的二，一般输入法里的切换全角半角就是这里不同。

同一个编码文件里，怎么区分ASCII和中文编码呢？从ASCII表我们知道标准ASCII只有128个字符，0~127即0x00~0x7F（0111 1111）。所以区分的方法就是，高字节的最高位为0则为ASCII，为1则为中文。

3.4 字库数组制作

我们如何将字库转为二位数组呢，下面这个程序读取一个字库二进制文件，并遍历整个字库文件，转换为二位数组，保存下来：

#include
// GB 2312标准共收录6763个汉字
#define MAX_COUNT 10000
void write(unsigned char gb2312[MAX_COUNT][32])
{
int a[3][3];
int i, j;
FILE* fp;
if ((fp = fopen("./data.txt", "w")) == NULL) {
printf("the file can not open..");
exit(0);
}
int m, n = 0;
//出错处理
for (m = 0; m )
{
fprintf(fp,"{");
for (n = 0; n <32; n++)
{
fprintf(fp, "0x%02X", gb2312[m][n]);
if (n != 31) {
fprintf(fp, ",");
}
}
fprintf(fp, "},\n");
}
//把每个数组元素以十进制的方式存入data.txt中
fclose(fp);
}
int main(void)
{
FILE *fphzk = NULL;
unsigned char gb2312[MAX_COUNT][32];
int i, j, k, offset=0 ;
int flag;
int count = 0;
unsigned char buffer[32];
unsigned char key[8] = {
0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01
};
// 读取字库
fphzk = fopen("./hzk16s", "rb");
if (fphzk == NULL) {
fprintf(stderr, "error hzk16\n");
return 1;
}
while(fseek(fphzk, offset, SEEK_SET) != -1)
{
// 读取32位长度，返回0 读取完毕
if (fread(buffer, 1, 32, fphzk) == 0)
{
break;
}
// 显示读取到16进制
for (k = 0; k <32; k++) {
printf("%02X ", buffer[k]);
gb2312[count][k] = buffer[k];
}
// 绘制图形
for (k = 0; k <16; k++) {
for (j = 0; j <2; j++) {
for (i = 0; i <8; i++) {
flag = buffer[k * 2 + j] & key[i];
printf("%s", flag ? "●" : "○");
}
}
printf("\n");
}
offset += 32;
count += 1;
}
write(gb2312);
printf("共有字符%d\n",count);
fclose(fphzk);
fphzk = NULL;
return 0;
}

3.5 绘制16x16 GB2312编码字符

/*************************************************************
*
* Function : 显示单个汉字 16*16
* Input : (x,y) : 起始坐标
* color ：汉字颜色
* ch[] : 字模数组 长度为32
* 横向取模 C51 取模顺向： 从第一行开始向右 ，每取8个点作为一个字节，如果最后不足8个点就补满8位。
取模顺序是从高到低，即第一个点作为最高位。 比如0x08,0x80对应第一行
0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
*
**************************************************************/
void lcd_draw_text(u16 x, u16 y, u32 color,const u8 *ch)
{
u16 i, j;
u8 mask, tmp;
/* 绘制每一行 */
for (i = 0; i <16; i++)
{
mask = 0x80;
tmp = ch[i*2]; /* 2个字节一组16位，取第一个字节 */
for (j = 0; j <8; j++)
{
if (tmp & mask)
{
lcd_draw_point(x + j, y + i, color);
}
mask = mask >> 1;
}
mask = 0x80;
tmp = ch[i*2+1];
for (j = 0; j <8; j++)
{
if (tmp & mask)
{
lcd_draw_point(x + j + 8, y + i, color);
}
mask = mask >> 1;
}
}
}

3.6 绘制16x8 ASCII编码字符

/*************************************************************
*
* Function : 显示ASCII 16*8
* Input : (x,y) : 起始坐标
* color ：ASCII颜色
* ch[] : 字模数组 长度为16
* 横向取模 C51 取模顺向
*
**************************************************************/
static void lcd_draw_ascii(u32 x, u32 y, u32 col,const u8 *ch)
{
u16 i, j;
u8 tmp, mask;
for (i = 0; i <16; i++)
{
mask = 0x80;
tmp = ch[i];
for (j = 0; j <8; j++)
{
if (mask & tmp)
{
lcd_draw_point(x + j, y + i, col);
}
mask = mask >> 1;
}
}
}

3.7 利用GB2312字库显示汉字

/*************************************************************
*
* Function : 利用GB2312字库显示汉字 16*16
* Input : (x,y) : 起始坐标
* color ：ASCII颜色
* str : 字符数组 比如：'你好' => 内存存放[c4,e3,ba,c3] 你 : c4e3 好 : bac3
* len : 字符串所占字节长度 比如：4
*
**************************************************************/
void lcd_draw_char_lib(u32 x, u32 y, u32 color, const u8 str[], unsigned int len)
{
u16 loc, i;
u8 qh, wh;
const u8 *pchlib;
for (loc = 0, i = 0; i )
{
/* 校验每一个字节编码是否大于0x80 GB2312 16*16 */
if (str[i] & 0x80)
{
/* 计算区号和位号 */
qh = str[i] - 0xA0; /* 01-94 */
wh = str[i + 1] - 0xA0; /* 01-94 */
/* 到字库数组查找对应的字模数组 */
pchlib = GB2312[94 * (qh - 1) + (wh - 1)];
lcd_draw_text(x + loc, y, color, pchlib);
i++;
loc += 16;
}
else /* ASCII 16*8 */
{
pchlib = ASCII[str[i]];
lcd_draw_ascii(x + loc, y, color, pchlib);
loc += 8;
}
}
}

3.8 测试代码

/*************************************************************
*
* Function : 测试lcd显示，需要先初始化lcd_init()
*
**************************************************************/
void lcd_test()
{
/* 文件必须采用GBK编码 */
lcd_draw_bmp(0,0,LCD_WIDTH,LCD_HEIGHT, sunflower_320x240);
char *data = "我爱你刘燕 I LOVE YOU ";
lcd_draw_char_lib(100, 50, 0xFF00FF, data, strlen(data));
}

需要注意的是这段代码文件必须以GBK编码（兼容GB2312），这样这些字符写到开发板data执行的内存空间上是才是GBK编码，比如“我爱你刘燕 I LOVE YOU ”保存到内存的数据为：

0xCE 0xD2（我） 0xB0 0xAE（爱） 0xC4 0xE3（你） 0x C1 0xF5（刘） 0xD1 0xE0（燕） 0x20（空格） 0x49（I） 0x20（空格） 0x4C（L） 0x4F（O） 0x56（V） 0x45（E） 0x20（空格） 0x59（Y） 0x4F（O） 0x55（U） 0x20（空格） 字符串以0x00结尾。

执行测试代码，显示效果

四、源码下载

Young / s3c2440_project【7.lcd】

这个代码已经远超过4kb，并且没有将代码从NAND拷贝到SDRAM运行，只可以下载到SDRAM 0x30000000处运行。

参考文章

[1]GB2312简体中文编码表

[2]HZK16汉字16*16点阵字库的使用及示例程序

[3]裸机系列——s3c2440之LCD汉字显示

[4]彻底搞懂编码 GBK 和 UTF8

原文链接：https://www.cnblogs.com/zyly/p/15414659.html