ARM9+Linux下電子紙驅(qū)動的設計與實現(xiàn)

為實現(xiàn)在ARM9+Linux系統(tǒng)下對電子紙的快速、有效控制，設計了一種基于電子紙顯示控制芯片(GD6210E)的電子紙驅(qū)動。根據(jù)S3C2440 ARM9處理器和GD6210E的接口特點，利用S3C2440的GPIO口來擴展GD6210E，最后利用Linux為顯示設備提供的幀緩沖專用接口編寫驅(qū)動程序，完成電子紙的驅(qū)動。該驅(qū)動有利于電子紙的普及應用。

電子紙可以實現(xiàn)顯示內(nèi)容的重寫，具有對比度高、重量輕、可以適當彎曲，且在斷電的情況下，能保持原有的顯示內(nèi)容等優(yōu)點。Linux是一種具有開放性、多用戶、多任務、設備獨立性、系統(tǒng)可靠安全、良好移植性等優(yōu)點的操作系統(tǒng)[1]，其內(nèi)核可根據(jù)具體的運行平臺進行適當?shù)牟眉?，這對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用到Linux操作系統(tǒng)的嵌入式平臺下，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GD6210E進行擴展。編寫、編譯基于Linux中framebuffer的電子紙顯示屏驅(qū)動程序。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與電子紙顯示屏驅(qū)動電路接口設計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

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，能夠很好地對電子紙顯示屏控制芯片實現(xiàn)擴展；外圍設備有容量為128 MB的NAND Flash、64 MB的SDRAM、以太網(wǎng)以及擴展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計

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的運算時間，并支持CPU用命令訪問內(nèi)部寄存器和存儲介質(zhì)。

在接口設計上，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GD6210E是否準備好下一次操作的引腳，若為1，說明在GD6210E上已完成一個操作，進入等待接收下一個操作命令狀態(tài)；利用S3C2440的CLKOUT0引腳為GD6210E提供時鐘源/S3C2440對GD6210E擴展接口如圖2所示。

2 Linux下電子紙驅(qū)動程序設計

2.1 Linux驅(qū)動程序的一般編寫方法

驅(qū)動程序是應用程序與硬件之間的一個中間軟件層，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)核初始化時執(zhí)行驅(qū)動的初始化函數(shù)，從而完成驅(qū)動的初始化和注冊，之后驅(qū)動便停止，等待被應用程序調(diào)用。應用程序通過調(diào)用設備驅(qū)動程序中實現(xiàn)的接口函數(shù)(如read()、ioctl()等)實現(xiàn)對硬件的操作。

本文設計的電子紙驅(qū)動程序基于framebuffer，整體分為兩大部分：(1)GD6210E的驅(qū)動程序，其任務是完成S3C2440 GPIO口的設置、GD6210E初始化并使其處在運行狀態(tài)；(2)完成framebuffer的填寫和內(nèi)核對顯示設備驅(qū)動的注冊。

2.2 Linux下GD6210E驅(qū)動程序

GD6210E是一個從設備，無法自主地工作，必須由外部的CPU對其發(fā)送命令，再把命令轉(zhuǎn)換成能使電子紙顯示屏做出相應動作的電平時序。GD6210E驅(qū)動程序分為以下部分。

(1)初始化GD6210E。首先分別利用Linux中的s3c-2410_gpio_cfgpin()和s3c2410 _gpio_setpin()兩個函數(shù)設置復用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，使芯片進入等待初始化狀態(tài)；然后初始化GD6210E中的display engine，填寫顯示時序寄存器，配置顯示時序。其中時序包括行數(shù)據(jù)輸出時間、行同步時間、幀數(shù)據(jù)輸出時間、幀同步時間；最后設置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。