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[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX应用篇连载-03 液晶屏触控

文档创建者：LINUX课程
浏览次数：419
最后更新：2024-09-10
文档课程分类-AMD-ZYNQ
AMD-ZYNQ: ZYNQ-SOC » 2_LINUX应用开发
本帖最后由 LINUX课程 于 2024-9-11 11:13 编辑

软件版本：vitis2021.1(vivado2021.1)
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用XILINX Z7/ZU系列FPGA
登录“米联客”FPGA社区-www.uisrc.com视频课程、答疑解惑！
1 简介
本章节实现了一个带触控的lcd显示器。实现的功能有framebuffer和lcd触控，输出画面依靠vdma进行显示，在此之上编写qt应用程序实现简单的触控功能。注意此处的触控指的是实现input子系统，而非系统界面可触控。
2 系统框图
image.jpg
3 方案介绍
本方案用到了三个驱动，分别是i2c驱动用于触控功能，vdma驱动用于画面输出，pwm驱动用于屏幕背光亮度的控制。
  • 显示屏使用了gt9157芯片，可以通过i2c来进行数据交互，需要作为input子系统来使用。
  • vdma驱动需要实现framebuffer功能。
上述驱动完成后，qt程序可以直接使用pwm的class来控制。
  • class的控制方法位于/sys/class/backlight/backlight/brightness。
  • 实现触控按钮功能。
4 方案搭建
4.1 vivado工程解析
此处不对vivado工程的搭建作详细解释，若想查看vivado搭建请移步FPGA部分课程。接下来将从Linux开发的角度分析vivado内需要注意的几个地方。
1：BD图
image.jpg
看到右侧部分的管脚：
lcd_*：LCD屏幕显示接口
lcd_pwm：背光亮度pwm接口（本demo无效）
gpio_rtl：触控的控制管脚
lcd_iic：触控芯片与Linux通信
image.jpg
2：查看寄存器地址
此处可以看到需要用到的寄存器地址，vitis导出的设备树会自动生成，所以看一下就行。
4.2 设备树解析
非常不建议初学者自己修改设备树，请使用demo中自带的设备树操作，若能理解设备树的含义与作用可自行修改。
1：vitis生成pl.dtsi
PWM_0节点需要修改，其他节点都无需修改：
通过vitis生成的设备树如下：
image.jpg
需要修改为下图：
image.jpg
该设备树对应的驱动位于uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/pwm/tcpwm.c。相较之前，设备树的修改主要有：
  • 设备树节点名称的变更。
  • compatible的修改，此处用于驱动匹配。必须修改，否则无法正常显示。
  • 添加pwm-cells的参数。
2：添加LCD显示的节点
image.jpg
该设备树对应的驱动位于/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/video/fbdev/vdmafb.c。dmas需要设置一下vdma的地址，具体看上方的axi_vdma_0节点。由于本工程使用了3缓存VDMA所以park必须设置为1。
3：添加触控的节点
image.jpg
该设备树对应的驱动位于/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/input/touchscreen/gt9xx。直接添加在根节点下，可与zynqmp-mzux.dts 文件中的i2c0节点共存。
4：添加背光节点
image.jpg
添加在/节点下，作用是设定背光等级，依次是从暗至明。（本demo无效）
4.3 构建系统
1：从vivado到vitis生成所需文件
若不清楚如何搭建，请复习Linux基础篇内第四章的内容，此处不再赘述。若想快速验证，在本课对应的demo中有工程已编译好可直接使用。
image.jpg
boot：启动文件，使用boot文件替换boot分区，即可搭配任意文件系统运行程序。
QT：pc端的qt接收与展示波形工程，文件夹内有两个文件，一个QT工程的文件夹为QT的工程，另一个qt_play.tar.gz的文件可解压到文件系统内，待系统启动时直接运行。
soc_dts、soc_hw、soc_prj、soc_sdk：移植系统所需工程，分别为设备树、硬件描述文件、vivado工程和vitis工程。若还不熟悉这些文件，请先学习Linux基础第四章的内容。
2：拷贝文件
本方案使用的开发包版本为uisrc-lab-xlnx20220601.tar.gz，请确保正在使用的版本一致。若不清楚或不一致，请前往https://www.uisrc.com/t-3268.html下载。
以往的开发包，需要手动设置好5个文件，分别是fsbl.elf、system_wrapper.bit和kernel、uboot的设备树（设备树在demo中已经提供）。在新版本的开发包中可以无须手动改名，放置到指定路径即可。若不清楚本段的内容表述，请先重复Linux基础篇内第四章的内容，熟悉基础步骤。
image.jpg
将四个文件放置到/uisrc-lab-xlnx/boards/mz7x/ubuntu/output/files指定位置。其中fsbl.elf、system_wrapper.bit两个文件直接放在目录下，而kernel和uboot的设备树要放在对应的文件夹内。注意kernel-dts文件夹内的设备树支持include，所以可以放入多个文件，但是uboot-dts内设备树不支持include，只能支持名为zynq-mz7x.dts的设备树。
3：修改驱动文件
需要修改的驱动文件位于/home/uisrc/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/video/fbdev/vdmafb.c
原有驱动设置：
image.jpg
修改分辨率后：
1725965734831.jpg
注意：在做其他章节实验时，需要把此处改回原样。
4：构建所需系统
首先source环境变量，先前往以下路径/uisrc-lab-xlnx/scripts：
image.jpg
运行命令：
source mz7xcfg.sh                        用来设置环境变量
move_files.sh                                将刚才我们拷贝的文件重命名并拷贝到对应的位置
make_uboot.sh                        编译uboot
make_kernel.sh                        编译kernel
create_image.sh                        生成启动文件
紧接着插入sd卡，并连接到虚拟机内，继续输入命令：
make_parted.sh                        给sd卡分区，先输入sdb，再输入y
deploy_image.sh                        烧录系统
7100 SD卡启动，参考第一章第5节。
4：交叉编译qt
交叉编译需要使用交叉编译工具包，这个工具包是独立于系统开发包的另外一个东西，本方案使用的版本为：uisrc-lab-qt20220601.tar.gz。若没有此开发包，请前往https://www.uisrc.com/t-3268.html下载。
将uisrc-lab-qt20220601.tar.gz拷贝到虚拟机内/home/uisrc路径下，使用tar zxvf uisrc-lab-qt20220601.tar.gz命令解压，一定要确保解压在/home/uisrc路径下，否则会出现错误。
进入/uisrc-lab-qt/scripts路径，右键在此处打开终端，输入命令：
source qt_cfg.sh                        设置环境变量
image.jpg
进入/uisrc-lab-qt/applications路径，把本方案demo自带的qt demo拷贝进来，位于demo文件夹/QT/QT工程/mp_test：
image.jpg
将HelloQt中的build_arm_app.sh复制一份到mp_test中去：
image.jpg
打开刚才source好的终端，输入命令：
cd ../applications/mp_test/                cd到指定路径
./build_arm_app.sh                                编译qt工程
此文件就是编译出来的文件：
image.jpg
将编译好的文件和demo中qt工程内附带的1.jpg拷贝到/uisrc-lab-qt/applications/qt_play中：
image.jpg
修改该文件夹下，run_arm_app.sh文件的内容，使用记事本打开该文件，将最后一行的名称改为我们编译出来文件的名称：
image.jpg
将qt_play整个文件夹拷贝到/media/uisrc/rootfs/home/uisrc里，这步的目的是将做好的程序放到文件系统内，开发板上电登录后即可运行：
image.jpg
弹出sd卡：
1725965899157.jpg
7100FC 系统烧录部分参考第一章第5节。从qspi启动sd卡。
5 驱动应用分析
5.1 pwm驱动
驱动位于/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/pwm/tcpwm.c
1：平台驱动
  1. static struct platform_driver tcpwm_fun_device_driver = {
  2. .probe = tcpwm_fun_probe,
  3. .remove = tcpwm_fun_remove,
  4. .driver = {
  5.   .name = "tcpwm_func",
  6.   .owner = THIS_MODULE,
  7.   .of_match_table = of_match_ptr(tcpwm_fun_of_match),
  8. }};
复制代码
从平台驱动结构体，我们可以看到tcpwm_fun_probe为平台驱动注册函数，tcpwm_fun_remove为平台驱动注销函数，从tcpwm_fun_of_match可以找到驱动匹配名称，我们下节来看。
2：match函数
  1. static struct of_device_id tcpwm_fun_of_match[] = {
  2. {
  3.   .compatible = "xlnx,PWM-1.0",
  4. },
  5. {},
  6. };
复制代码
compatible字段展示了设备树匹配名称为xlnx,PWM-1.0，这也就是为什么在4.2.2.1中需要修改设备树的compatible字段。
3：平台驱动注册函数
  1. static int tcpwm_fun_probe(struct platform_device *pdev)
  2. {
  3. struct device *dev = &pdev->dev;
  4. struct msxbo_pwm_chip *pc = dev_get_platdata(dev);
  5. struct resource *res;
  6. void __iomem *base;
  7. int ret = 0;

  9. if (!pc)
  10. {
  11.   pc = devm_kzalloc(dev, sizeof(struct msxbo_pwm_chip), GFP_KERNEL);
  12.   if (!pc)
  13.    return -ENOMEM;

  15.   platform_set_drvdata(pdev, pc);
  16. }
  17. #if 1
  18. res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
  19. base = devm_ioremap_resource(dev, res);
  20. if (IS_ERR(base))
  21.   return PTR_ERR(base);

  23. pc->pwm_regmap = devm_regmap_init_mmio(dev, base,
  24.              &pwm_regmap_config);
  25. #endif

  27. pc->chip.dev = &pdev->dev;
  28. pc->chip.ops = &msxbo_pwm_ops;
  29. pc->chip.of_xlate = of_pwm_xlate_with_flags;
  30. pc->chip.of_pwm_n_cells = 3;
  31. pc->chip.base = -1;
  32. pc->chip.npwm = 1;

  34. ret = pwmchip_add(&pc->chip);
  35. if (ret < 0)
  36. {
  37.   dev_err(&pdev->dev, "pwmchip_add() failed: %d\n", ret);
  38.   return ret;
  39. }

  41. regmap_write(pc->pwm_regmap, PWM_AXI_PERIOD_REG_OFFSET, PERIOD_CLOCK_NUM);
  42. pm_runtime_enable(&pdev->dev);

  44. return ret;
  45. }
复制代码
这个函数主要是用来向内核注册pwm设备。
行9~16，首先为需要注册的结构体申请一段内存空间。
行18，从设备树获取相关资源。
行19~21，申请并映射出基地址。
行23~24，映射寄存器地址。
行27~32，初始化注册pwm结构体的各项配置。
行34，注册pwm设备。
3：pwm操作集合
  1. static const struct pwm_ops msxbo_pwm_ops = {
  2. .config = msxbo_pwm_config,
  3. .enable = msxbo_pwm_enable,
  4. .disable = msxbo_pwm_disable,
  5. .owner = THIS_MODULE,
  6. };
复制代码
行2，设置pwm占空比。
行3，使能pwm。
行4，关闭pwm。
5.2 vdmafb驱动
驱动位于/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/drivers/video/fbdev/vdmafb.c
1：平台驱动
  1. static struct platform_driver vdmafb_driver = {
  2.     .probe = vdmafb_probe,
  3.     .remove = vdmafb_remove,
  4.     .driver = {
  5.         .name = "vdmafb_fb",
  6.         .of_match_table = vdmafb_match,
  7.     }};
复制代码
行2，驱动注册函数。
行3，驱动注销函数。
行6，设备树匹配函数。
2：设备树匹配
  1. static struct of_device_id vdmafb_match[] = {
  2.     {
  3.         .compatible = "topic,vdma-fb",
  4.     },
  5.     {},
  6. };
复制代码
对应了4.2.2中对设备树的修改。
3：驱动注册
  1. static int vdmafb_probe(struct platform_device *pdev)
  2. {
  3.         int ret = 0;
  4.         struct vdmafb_dev *fbdev;
  5.         int fbsize;

  7.         fbdev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*fbdev), GFP_KERNEL);
  8.         if (!fbdev)
  9.                 return -ENOMEM;

  11.         platform_set_drvdata(pdev, fbdev);

  13.         fbdev->info.fbops = &vdmafb_ops;
  14.         fbdev->info.device = &pdev->dev;
  15.         fbdev->info.par = fbdev;

  17.         fbdev->dma_template = devm_kzalloc(&pdev->dev,
  18.                                            sizeof(struct dma_interleaved_template) +
  19.                                                sizeof(struct data_chunk),
  20.                                            GFP_KERNEL);
  21.         if (!fbdev->dma_template)
  22.                 return -ENOMEM;

  24.         vdmafb_init_var(fbdev, pdev);
  25.         vdmafb_init_fix(fbdev);

  27.         /* Allocate framebuffer memory */
  28.         fbsize = fbdev->info.fix.smem_len;
  29.         fbdev->fb_virt = dma_alloc_coherent(&pdev->dev, PAGE_ALIGN(fbsize),
  30.                                             &fbdev->fb_phys, GFP_KERNEL);
  31.         if (!fbdev->fb_virt)
  32.         {
  33.                 dev_err(&pdev->dev,
  34.                         "Frame buffer memory allocation failed\n");
  35.                 return -ENOMEM;
  36.         }
  37.         fbdev->info.fix.smem_start = fbdev->fb_phys;
  38.         fbdev->info.screen_base = fbdev->fb_virt;
  39.         fbdev->info.pseudo_palette = fbdev->pseudo_palette;

  41.         /* Clear framebuffer */
  42.         memset_io(fbdev->fb_virt, 0, fbsize);

  44.         fbdev->dma = dma_request_chan(&pdev->dev, "axivdma");
  45.         if (IS_ERR_OR_NULL(fbdev->dma))
  46.         {
  47.                 ret = PTR_ERR(fbdev->dma);
  48.                 if ((ret != -ENOENT) || (ret != -EPROBE_DEFER))
  49.                 {
  50.                         dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate DMA channel (%d).\n", ret);
  51.                         return ret;
  52.                 }
  53.                 goto err_dma_free;
  54.         }

  56.         ret = of_property_read_u32(pdev->dev.of_node, "park", &fbdev->park);
  57.         if (ret < 0)
  58.         {
  59.                 fbdev->park = 1;
  60.         }

  62.         /* Setup and enable the framebuffer */
  63.         vdmafb_setupfb(fbdev);

  65.         ret = fb_alloc_cmap(&fbdev->info.cmap, 256, 0);
  66.         if (ret)
  67.         {
  68.                 dev_err(&pdev->dev, "fb_alloc_cmap failed\n");
  69.         }

  71.         /* Register framebuffer */
  72.         ret = register_framebuffer(&fbdev->info);
  73.         if (ret)
  74.         {
  75.                 dev_err(&pdev->dev, "Framebuffer registration failed\n");
  76.                 goto err_channel_free;
  77.         }

  79.         return 0;

  81. err_channel_free:
  82.         dma_release_channel(fbdev->dma);
  83. err_dma_free:
  84.         dma_free_coherent(&pdev->dev, PAGE_ALIGN(fbsize), fbdev->fb_virt,
  85.                           fbdev->fb_phys);

  87.         return ret;
  88. }
复制代码
行7~9，申请内存空间。
行11，将fbdev保存到pdev中，防止数据丢失。
行13~15，设置fb设备的操作集合与设备等。
行17~22，申请临时dma内存空间。
行24~25，设置显示屏的参数。
行28~39，申请fb内容的内存空间。
行42，将新申请的内存空间初始化。
行44~54，向内核申请一个dma通道
行56~60，读取设备树的park字段，确定是praking模式还是circular模式。
行63，设置设置fb设备的dma相关配置。
行72~77，向内核注册fb设备。
6 方案演示
6.1 硬件连线
1：板卡部分
1725966318245.jpg
2：屏幕部分
image.jpg
6.1 程序测试
1：上电并串口登录
账户：uisrc，密码：root。
image.jpg
此时屏幕已显示开机登录命令行界面。
2：运行qt
输入命令：
cd qt_play/                                进入qt程序文件夹
sudo ./run_arm_app.sh                运行qt程序，输入密码：root
image.jpg
3：观察qt程序
1725966431690.jpg
屏幕上的加号减号可触控。
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