LCD简介

LCD简介

  LCD全称是Liquid Crystal Display,也就是液晶显示器，其显示的基本原理如下：
  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。

1、分辨率

  对于LCD显示器，我们经常听到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的意思就是一个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：

图1
  上图就是1080P显示器的像素示意图，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。

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（透明度）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ARGB888。
  透明度的理解应该是如下两个图：
透明：
图2
不透明：

图3
  对于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：

图4
  在该图中，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 ~ bit8是GREEN通道，bit7 ~ bit 0是BLUE通道。所以红色对应的值就是0x00FF0000,绿色对应的值就是0x0000FF00，蓝色对应的值就是0x000000FF。通过调节R、G、B的比例可以产生其他的颜色，，比如0X00FFFF00就是黄色，0X00000000就是黑色，0X00FFFFFF就是白色。

3、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，并且在像素点上画上对应的颜色，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：

图5
  结合图5来看LCD是怎么扫描显示一帧图像的。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，当产生此信号的话就表示开始显示新的一行了，所以此信号都是在图5的最左边。VSYNC信号是垂直同步信号，也叫做帧同步信号，当产生此信号的话就表示开始显示新的一帧图像，所以此信号在图5的左上角。
  在图5可以看到有一圈“黑边”，真正有效的显示区域是中间的白色部分。那这一圈“黑边”是什么东西呢？这就要从显示器的“祖先”CRT显示器开始说起了，CRT显示器就是以前很常见的那种大屁股显示器，在2019年应该很少见了，如果在农村应该还是可以见到的。CRT显示器屁股后面是一个电子枪，这个电子枪就是我们上面说的“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”型在运动，当扫描速度很快的时候看起来就是一幅完整的画面了。
  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5种的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5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5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5中的VBP。
  HBP、HFP、VBP和VFP就是导致图5中黑边的原因，但是这是CRT显示器存在黑边的原因，现在是LCD显示器，不需要电子枪了，那么为何还会有黑边呢？这是因为RGBLCD屏幕内部是有一个IC的，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成了，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驱动的时候是要用到的，至于这四个时间参数具体值是多少，那需要去查看所使用的LCD数据手册了。

4、RGB LCD屏幕时序

  上面讲了行显示和帧显示，我们来看一下行显示对应的时序图，如下图所示：

图6 行显示时序
  HSYNC:行同步信号，当此信号有效的话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，前面已经讲过了，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，假如屏幕的分辨率为1024*600，那么HOZVAL就是1024，单位为CLK。
  HFP:有些地方叫做thf，前面已经讲过了，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时间才会接受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：

图7 帧显示时序图
  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:有些地方也叫做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，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，前面已经讲过了，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，最终的计算公式为：
T=(VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW+HBP+HOZVAL+HFP)
  因此我们在配置一款RGB LCD 的时候需要知道几个参数：HOZVAL(屏幕有效宽度)、LINE（屏幕有效高度）、HBP、HSPW、HFB、VSPW、VBP和VFP

对于ATK4342：

6、像素时钟

  像素时钟就是RGB LCD的时钟信号，以ATK4342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)
=（1+8+272+8）（1+40+480+5）
=289526
=152014
  显示一帧图像需要152014个时钟数，那么显示60帧就是152014*60=9120840≈9Mhz

此文章摘抄于正点原子的嵌入式linux驱动开发指南，仅作为笔记，以放便忘记时查阅