V821开发学习笔记(三)—— 移植SPI LCD显示驱动及LVGL

V821开发学习笔记（一）—— 开发板上手与环境搭建

V821开发学习笔记（二）—— SDK固件烧录及SmartIPC Demo演示

本章主要内容为移植SPI LCD显示驱动LCD_FB，驱动1.8' 128x160 RGB TFT LCD，屏幕驱动IC为ST7735。

先看一眼最终效果：

本文大概预览：

1. 前序概念

   LCD_FB驱动介绍、时序与信号

2. 驱动移植

   源码结构、编写驱动、对接驱动框架、配置设备树、编译测试

3. LVGL

4. 彩蛋

1. 前序概念

1.1 LCD_FB驱动介绍

LCD_FB 驱动是 SDK 中基于 SPI（MIPI DBI Type-C）接口的显示驱动方案，其上层对接到 Linux framebuffer驱动，开辟一块内存区域用于存储显示内容的数据，屏幕的每个像素对应于内存中的一个值。下端对接到 SPI 驱动，通过 SPI 与显示屏通讯。

LCD_FB 所驱动的屏幕由于没有硬件格式转换，需要输入的图像数据格式符合 SPI 传输要求，即 RGB 数据格式。不支持直接显示 YUV 数据，需要应用层或中间层进行 YUV 到 RGB 的转换。

SPI LCD 一般用于小分辨率的 SPI 屏显示，该驱动支持使用 SPI 协议软件控制 DC 方式驱动 SPI 屏幕。

SPI LCD 驱动架构如下：

1.2 时序与信号

SPI 接口就是俗称的 4 线 SPI 模式，这是因为发送数据时需要额外借助DC线来区分命令和数据，与 SCLK，CS和SDA共四线。只支持 RGB565 模式。

Notes:

• SPI 接口协议与 DBI 的 L4I1 和 L4I2 四线模式时序一样，完全兼容，区别是 DBI 下 DC 脚的控制是硬件自动化控制，而 SPI 模式下需要 CPU 软件控制 DC 脚，由于是非硬件操作，所以刷图性能平均较低。一般 SPI 屏幕配置 DBI L4I1 模式即可。由硬件控制 DC 脚即可。
• 有一些特殊的屏幕需要专门控制 DC 时序，此时才使用 SPI 模式，手动控制 DC 时序。

1.2.1 SPI 时序

关于SPI时序这里不再展开介绍，时序图如下图所示：

1.2.2 RGB565

RGB565是一种 16 位色深的像素格式，主要用于内存和带宽受限的嵌入式系统，它将红、绿、蓝三个通道打包进 16 个比特中：

• R（红色）：5 位 → 32 个等级（0–31）
• G（绿色）：6 位 → 64 个等级（0–63）
• B（蓝色）：5 位 → 32 个等级（0–31）

总计 5 + 6 + 5 = 16 位，即 2 字节/像素。

因为人眼对绿色最敏感，所以绿色多 1 位，6 位绿色可以在有限空间内保留更多亮度细节。

送图数据如下时序图所示：

2. 驱动移植

2.1 源码结构

SPI LCD 驱动在内核中叫做 LCD FB 驱动。其源码如下所示：

v821@tina:~/Documents/tina-v821-v1.3/kernel/linux-5.4-ansc/bsp/drivers/video/sunxi/lcd_fb$ tree.├── dev_fb.c├── dev_fb.h├── dev_lcd_fb.c├── dev_lcd_fb.h├── disp_display.c├── disp_display.h├── disp_lcd.c├── disp_lcd.h├── include.h├── Kconfig├── lcd_fb_feature.h├── lcd_fb_intf.c├── lcd_fb_intf.h├── lcd_fb_ion_mem.c├── lcd_fb_ion_mem.h├── logo.c├── logo.h├── Makefile└── panels    ├── ch13613.c    ├── ch13613.h    ├── Kconfig    ├── kld2844b.c    ├── kld2844b.h    ├── kld35512.c    ├── kld35512.h    ├── kld39501.c    ├── kld39501.h    ├── lcd_source.h    ├── Makefile    ├── nv3029s.c    ├── nv3029s.h    ├── panels.c    ├── panels.h    ├── spi_panel.c    ├── st7735.c    ├── st7735.h    ├── st77916.c    └── st77916.h

SPI LCD 源码包括驱动源码与 SPI 屏幕驱动。其中屏幕驱动位于 panels 文件夹内。新增一款屏幕需要在 panels 文件夹中添加新屏幕驱动。(这里我们st7735.c/h就是我们新增的驱动文件)

2.2 编写SPI LCD显示屏驱动

2.2.1 获取屏幕初始化序列

/* 初始化序列 */staticvoidLCD_panel_init(unsignedint sel){structsunxi_lcd_fb_disp_panel_parainfo;memset(&info, 0, sizeof(info));if (sunxi_lcd_fb_bsp_disp_get_panel_info(sel, &info)) {  LCDFB_WRN("get panel info fail!\n");return; } else {  pr_info("st7735s %d*%d: Init start!\n", info.lcd_x, info.lcd_y); }/* 硬件复位 */ RESET(sel, 0); sunxi_lcd_delay_ms(100); RESET(sel, 1); sunxi_lcd_delay_ms(100);/* 0x11: Sleep out *//* 0xB1: Frame Rate Control 1 *//* 0xB2: Frame Rate Control 2 *//* 0xB3: Frame Rate Control 3 *//* 0xB4: Dot inversion *//* 0xC0: Power Control 1 *//* 0xC1: Power Control 2 *//* 0xC2: Power Control 3 *//* 0xC3: Power Control 4 *//* 0xC4: Power Control 5 *//* 0xC5: VCOM *//* 0x36: MADCTL *//* 0xE0: Gamma + *//* 0xE1: Gamma - *//* 0x3A: 65k mode *//* 设置全屏窗口 */ address(sel, 0, 0, info.lcd_x - 1, info.lcd_y - 1);/* 0x29: Display on */ sunxi_lcd_cmd_write_dc(sel, 0x29); sunxi_lcd_cmd_write_dc(sel, 0x2c); /* Display ON */ printk(KERN_INFO "ST7735S: Init done!\n"); }

2.2.2 参照已有驱动改写

选择一个现成的 SPI LCD 改写即可，这里选择 nv3029s.c 驱动来修改。复制这两个驱动，重命名为 st7735.c

#include"st7735.h"#include<linux/gpio.h>#include<linux/of_gpio.h>staticvoidLCD_power_on(u32 sel);staticvoidLCD_power_off(u32 sel);staticvoidLCD_bl_open(u32 sel);staticvoidLCD_bl_close(u32 sel);staticvoidLCD_panel_init(u32 sel);staticvoidLCD_panel_exit(u32 sel);staticvoidaddress(unsignedint sel, int x, int y, int width, int height){ sunxi_lcd_cmd_write_dc(sel, 0x2B); /* Set row address */ sunxi_lcd_para_write(sel, (y >> 8) & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, y & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, (height >> 8) & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, height & 0xff); sunxi_lcd_cmd_write_dc(sel, 0x2A); /* Set column address */ sunxi_lcd_para_write(sel, (x >> 8) & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, x & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, (width >> 8) & 0xff); sunxi_lcd_para_write(sel, width & 0xff);}...staticintlcd_set_addr_win(unsignedint sel, int x, int y, int width,int height){ address(sel, x, y, width, height); sunxi_lcd_cmd_write_dc(sel, 0x2c); /* Display ON */return0;}struct __lcd_panelst7735_panel = { .name = "st7735", .func = {  .cfg_open_flow = LCD_open_flow,  .cfg_close_flow = LCD_close_flow,  .blank = lcd_blank,  .set_var = lcd_set_var,  .set_addr_win = lcd_set_addr_win, },};

#ifndef __ST7735_PANEL_H__#define __ST7735_PANEL_H__#include"panels.h"externstruct __lcd_panelst7735_panel;#endif

2.3 对接驱动框架

修改源码同层Kconfig文件，增加st7735的配置：

config LCD_SUPPORT_ST7735 bool "LCD support ST7735 panel" default nhelp  If you want to support ST7735 panel for display driver, select it.

修改源码同层panels.c文件，在panel_array里增加st7735驱动的引用：

#if IS_ENABLED(CONFIG_LCD_SUPPORT_ST7735) &st7735_panel,#endif

修改源码同层panels.h文件，增加st7735驱动的引用：

#if IS_ENABLED(CONFIG_LCD_SUPPORT_ST7735)externstruct __lcd_panelst7735_panel;#endif

修改源码同层Makefile文件，增加st7735编译选项：

lcd_fb-${CONFIG_LCD_SUPPORT_ST7735} += panels/st7735.o

进入内核驱动配置界面，勾选新增的st7735驱动：

Allwinner BSP  ---> Device Drivers  --->  Video Drivers  --->   SPI LCD Panel Drivers  --->       <*> LCD FB Driver Support (SPI LCD)          LCD FB Panels select  --->           [*] LCD support st7735 panel

2.4 配置设备树

开发板SPI引脚示意图：

开发板与LCD连线示意图：

设备树配置如下：

&pio {	pwm5_pins_active: pwm5@0 {		pins = "PD6";		function = "pwm0_5";	};	pwm5_pins_sleep: pwm5@1 {		pins = "PD6";		function = "gpio_in";		bias-pull-down;	};	spi2_pins_default: spi2@0 {		pins = "PD1", "PD2", "PD3"; /* CS, SCK, SDA */		function = "spi2";		allwinner,drive = <3>;	};	spi2_pins_sleep: spi2@1 {		pins = "PD1", "PD2", "PD3";		function = "io_disabled";	};}&lcd_fb {	status = "okay";	port {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;		spi_panel0: endpoint@0 {			reg = <0>;			remote-endpoint = <&panel_st7735_spi2>;		};	};};&spi2 {	pinctrl-0 = <&spi2_pins_default>;	pinctrl-1 = <&spi2_pins_sleep>;	pinctrl-names = "default", "sleep";    clock-frequency = <100000000>;    sunxi,spi-bus-mode = <SUNXI_SPI_BUS_MASTER>;    sunxi,spi-cs-mode = <SUNXI_SPI_CS_AUTO>;	status = "okay";	panel_st7735_spi2: slave@0 {		device_type = "spi-panel";		compatible = "allwinner,spi-panel";		reg = <0x0>;		spi-max-frequency = <100000000>;		lcd_used = <1>;		lcd_driver_name = "st7735";		lcd_if = <0>;		lcd_dbi_if = <0>;		lcd_data_speed = <48>;		lcd_x = <128>;		lcd_y = <160>;		lcd_pixel_fmt = <10>;		lcd_dbi_fmt = <2>;		lcd_rgb_order = <0>;		lcd_width = <28>;		lcd_height = <35>;		lcd_pwm_used = <1>;		lcd_pwm_ch = <5>;		lcd_pwm_freq = <5000>;		lcd_pwm_pol = <0>;		lcd_frm = <1>;		lcd_gamma_en = <1>;		fb_buffer_num = <2>;		lcd_backlight = <100>;		lcd_fps = <60>;		lcd_dbi_te = <0>;		lcd_dbi_clk_mode = <0>;		lcd_spi_dc_pin = <&pio PD 5 GPIO_ACTIVE_LOW>;		lcd_gpio_0 = <&pio PD 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;		status = "okay";	};};

lcd_fb 节点用于配置和管理 LCD 屏幕的显示功能。该节点通过 port 属性配置了两款不同的 SPI 接口屏幕，分别为 spi_panel0 和 spi_panel1。每个屏幕的配置都通过 endpoint 和 remote-endpoint 关联，指定了屏幕的接口和驱动信息。

spi 节点定义了 SPI 控制器使用的引脚，SPI 驱动方式、最大频率，其中定义了 Panel 的节点标识该 LCD 显示面板位于该 SPI 节点下。

panel_st7735_spi2节点定义了屏幕的物理尺寸，时序，接口，背光 PWM 等。

2.5 编译、测试

使用mp -j4编译打包，并使用烧录工具烧录到开发板，上电后可以看到屏幕亮起，使用如下命令测试屏幕，输出彩条测试：

echo 0 > /sys/class/lcd_fb/lcd_fb/attr/colorbar 显示黑屏，清零 FB 数据echo 1 > /sys/class/lcd_fb/lcd_fb/attr/colorbar 显示彩条，用于点屏测试

3. LVGL

LVGL是一个免费的开源图形库，提供了创建嵌入式 GUI 所需的一切，具有易于使用的图形元素，美观的视觉效果和低内存占用。Tina SDK 中移植了 LVGL 8.3.2 核心组件与 Demo，可以快速测试使用：

3.1 LVGL配置

执行make menuconfig命令，配置如下：

Gui --->    Littlevgl --->        <*> lv_examples                              (lvgl官方demo)        -*- lvgl-8.3.2 use sunxifb double buffer     (使能双缓冲，解决撕裂问题)        [ ] lvgl-8.3.2 use sunxifb cache             (V821 不支持此选项)        [ ] lvgl-8.3.2 use sunxifb g2d               (V821 不支持此选项)        [ ] lvgl-8.3.2 use sunxifb g2d rotate        (使能g2d旋转功能，需要开启g2d)        [ ] lvgl-8.3.2 use freetype                  (自动链接freetype)        [ ] lvgl-8.3.2 use sunxifb direct mode       (V821 不支持此选项)

LVGL 源码位于 platform/thirdparty/gui/lvgl-8， 其框架如图：

3.2 代码修改及测试

由于我们的LCD不支持触摸功能，而默认代码中会初始化evdev导致lvgl初始化失败，所以这里需要注释掉platform/thirdparty/gui/lvgl-8/lv_examples/src/main.c如下代码：

// evdev_init();// static lv_indev_drv_t indev_drv;// lv_indev_drv_init(&indev_drv);                /*Basic initialization*/// indev_drv.type =LV_INDEV_TYPE_POINTER;        /*See below.*/// indev_drv.read_cb = evdev_read;               /*See below.*/// /*Register the driver in LVGL and save the created input device object*/// lv_indev_t * evdev_indev = lv_indev_drv_register(&indev_drv);/*Create a Demo*/switch(atoi(argv[1])) {case0:        lv_demo_widgets();break;case1:        lv_demo_music();break;case2:        lv_demo_benchmark();break;case3:        lv_demo_keypad_encoder();break;case4:        lv_demo_stress();break;default:free(buf);        sunxifb_exit();return0;    }

可以看到，目前示例代码中支持0-4等5个测试demo，使用命令mp -j4编译打包并将镜像烧录至开发板，运行命令测试：

lv_examples 1

4. 彩蛋

接下来，把Linux小企鹅和启动日志也显示到LCD吧，关于这个LCD屏幕，硬件上背光引脚竟然是上拉的，也就是说只要接了3V3的电源，屏幕就会亮起白色，这就导致上电后在boot阶段一直是白屏，这里也不想再去修改boot的配置了。

进入内核配置页面：

• 使能虚拟终端：

• 使能Bootup logo

修改初始化脚本/etc/init.d/rcS，直接进入LVGL应用：

echo '/usr/bin/lv_examples 3 &' >> /etc/init.d/rcS

后面会介绍音频功能并添加其他外设，计划移植小智AI到V821开发板，感兴趣的可以继续关注。

参考：全志在线、百问网