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第九章Linux顯示設備的使用

領航者開發板上有兩個顯示設備接口，分別為HDMI接口和LCD接口，這兩個接口可以用來接HDMI顯示器和正點原子的LCD液晶屏，使用圖形界面的時候可以通過這兩個接口分別顯示在HDMI顯示器和LCD液晶屏上。本章我們講解如何使用Petalinux配置Linux內核和設備樹來驅動HDMI顯示器和LCD液晶屏。
9.1準備工作
HDMI的顯示首先需要硬件層面的支持，在《領航者ZYNQ之嵌入式開發指南》的《SD卡讀BMP圖片HDMI顯示實驗》中我們實現了裸機驅動HDMI的顯示，可見硬件層面是沒有問題的。如果想實現Linux驅動HDMI的顯示，除了需要該實驗對應的Vivado工程的硬件平臺支持外，還需要相應的Linux驅動程序，同樣LCD的顯示除了硬件層面的支持外也需要一個驅動。
Linux顯示設備的驅動程序我們放在了提供的內核源碼中。在我們提供的光盤資料：ZYNQ開發板資料盤(A盤)4_SourceCodeZYNQ_70203_Embedded_Linux資源文件kernel目錄下有兩個源碼包，分別是linux-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz和linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz，前者是Xilinx官方提供的Linux內核源碼包，后者是我們定制的用于領航者開發板的Linux內核源碼包，里面添加了適用于領航者開發板的驅動程序，該內核源碼已托管到gitee網站：https://gitee.com/greatdream/linux，可從該網站獲取最新的領航者開發板的linux內核源碼。
我們將linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz解壓到ubuntu系統的work/petalinux/目錄下，或者從gitee網站clone到work/petalinux/目錄下，推薦使用第二種方式，在終端輸入命令如下：

cd ~/work/petalinux/

git clone <a href="https://gitee.com/greatdream/linux.git" target="_blank">https://gitee.com/greatdream/linux.git</a> linux-4.14

上面的命令實現的功能就是將托管到gitee上的Linux內核源碼clone到linux-4.14目錄下，clone完成后，進入到linux-4.14目錄下，可看到linux內核源碼已下載完成，如下圖所示：

圖 20.1.1 linux內核源碼目錄

至此我們的準備工作就完成了，下面我們配置Petalinux工程和Linux內核以及設備樹來驅動HDMI或LCD的顯示。
9.2配置Petalinux工程
進入到第六章創建的Petalinux工程目錄下，輸入如下命令，設置Petalinux運行所需的環境變量，

sptl
或者

source /opt/pkg/petalinux/2018.3/settings.sh

執行結果如下圖所示：

圖 20.2.1 設置Petalinux運行所需的環境變量

現在重新配置petalinux，重新設置Linux內核的來源，輸入如下命令：

petalinux-config

在彈出的配置窗口中，進入到“Linux Components Selection--->linux-kernel(linux-xlnx)”菜單下，配置Linux內核來源。此處選擇“ext-local-src”，也就是本地存放的Linux內核源碼，如下圖所示：

圖 20.2.2 選擇“ext-local-src”

也可以選擇“remote”選項，將遠程路徑指向我們托管的gitee網站，此處以本地路徑為例進行講解。按鍵盤上的下方向鍵移到“ext-local-src”，然后按鍵盤上的“Enter“鍵確定，返回到上一界面，如下圖所示：

圖 20.2.3 返回到上一界面

進入“External linux-kernel local source settings”子菜單，如下圖所示：

圖 20.2.4 “External linux-kernel local source settings”子菜單

按鍵盤上的“Enter”鍵配置“EXternal linux-kernel local source path”，如下圖所示：

圖 20.2.5 填寫Linux內核源碼的本地路徑

也就是填寫Linux內核源碼的本地路徑，上一節我們將Linux內核源碼clone到/home/zynq/work/petalinux/linux-4.14目錄，所以此處填寫該目錄。填寫完成后，按鍵盤上的“Enter”鍵完成配置，返回到上一界面，如下圖所示：

圖 20.2.6 填寫內核路徑完成后的界面

現在保存配置并退出，下一步，配置Linux內核。
9.3配置Linux內核
Linux內核默認都是配置好的，無需配置。下面我們看下進行了那些配置。在終端中輸入如下命令：
petalinux-config -c kernel
彈出Linux內核的配置窗口。在內核配置窗口中，進入“Device Drivers”菜單下的“Graphics support”菜單下，

圖 20.3.1 “Graphics support”菜單

可以看到默認配置了“Xilinx LCD framebuffer driver support By Alientek”，該驅動可以用來驅動HDMI和LCD的顯示。
在“Device Drivers”菜單下的“Common Clock Framework”菜單下，可以看到默認配置了“Digilent axi_dynclk Driver”，該驅動可以根據不同的分辨率輸出不同的像素時鐘。
至此，內核方面的配置也就完成了。保存并退出，進入下一步，配置設備樹。
9.4配置設備樹
編輯當前工程目錄下的project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi文件。由于文件內容太長，此處就不全部粘貼了，主要講解下在第6.2.7節的配置的基礎上追加哪些內容，在beep后面追加視頻時序，內容如下：

94 beep {

95 compatible = "gpio-beeper";

96 gpios = <&gpio0 57 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

97 };

98

99 video_timings {

100 timing_4x3_480x272: timing0 {

101 clock-frequency = <9000000>;

102 hactive = <480>;

103 vactive = <272>;

104

105 hback-porch = <40>;

106 hsync-len = <20>;

107 hfront-porch = <5>;

108 vback-porch = <8>;

109 vsync-len = <3>;

110 vfront-porch = <8>;

111

112 hsync-active = <0>;

113 vsync-active = <0>;

114 de-active = <1>;

115 pixelclk-active = <0>;

116 };

117

118 timing_4x3_800x480: timing1 {

119 clock-frequency = <33000000>;

120 hactive = <800>;

121 vactive = <480>;

122

123 hback-porch = <88>;

124 hsync-len = <48>;

125 hfront-porch = <40>;

126 vback-porch = <32>;

127 vsync-len = <3>;

128 vfront-porch = <13>;

129

130 hsync-active = <0>;

131 vsync-active = <0>;

132 de-active = <1>;

133 pixelclk-active = <0>;

134 };

135

136 timing_7_800x480: timing2 {

137 clock-frequency = <33000000>;

138 hactive = <800>;

139 vactive = <480>;

140

141 hback-porch = <46>;

142 hsync-len = <20>;

143 hfront-porch = <210>;

144 vback-porch = <23>;

145 vsync-len = <3>;

146 vfront-porch = <22>;

147

148 hsync-active = <0>;

149 vsync-active = <0>;

150 de-active = <1>;

151 pixelclk-active = <0>;

152 };

153

154 timing_7_1024x600: timing3 {

155 clock-frequency = <51000000>;

156 hactive = <1024>;

157 vactive = <600>;

158

159 hback-porch = <140>;

160 hsync-len = <20>;

161 hfront-porch = <160>;

162 vback-porch = <20>;

163 vsync-len = <3>;

164 vfront-porch = <12>;

165

166 hsync-active = <0>;

167 vsync-active = <0>;

168 de-active = <1>;

169 pixelclk-active = <0>;

170 };

171

172 timing_10x1_1280x800: timing4 {

173 clock-frequency = <71100000>;

174 hactive = <1280>;

175 vactive = <800>;

176

177 hback-porch = <80>;

178 hsync-len = <10>;

179 hfront-porch = <70>;

180 vback-porch = <10>;

181 vsync-len = <3>;

182 vfront-porch = <10>;

183

184 hsync-active = <0>;

185 vsync-active = <0>;

186 de-active = <1>;

187 pixelclk-active = <1>;

188 };

189

190 timing_1920x1080: timing5 {

191 clock-frequency = <148500000>;

192 hactive = <1920>;

193 vactive = <1080>;

194

195 hback-porch = <148>;

196 hsync-len = <44>;

197 hfront-porch = <88>;

198 vback-porch = <36>;

199 vsync-len = <5>;

200 vfront-porch = <4>;

201

202 hsync-active = <0>;

203 vsync-active = <0>;

204 de-active = <1>;

205 pixelclk-active = <1>;

206 };

207 };

video_timings開始就是追加的內容，以timing_4x3_480x272為例，講解下命名的格式，timing也就是時序，4x3對應的是4.3寸LCD液晶屏，480x272對應的是該液晶屏的分辨率為480x272，{}內的就是具體的驅動時序，需要說明的是timing_1920x1080對應的是HDMI分辨率為1920x1080的時序。
除了追加以上內容外，還需要在該文件的尾部追加以下內容：

231 &axi_dynclk_0 {

232 compatible = "digilent,axi-dynclk";

233 clocks = <&clkc 15>;

234 #clock-cells = <0>;

235 };

236

237 &v_tc_0 {

238 compatible = "xlnx,v-tc-5.01.a";

239 };

240

241 &amba_pl {

242 xlnx_vdma_hdmi {

243 compatible = "xilinx,vdmafb";

244 status = "okay";

245

246 xlnx,vtc = <&v_tc_0>;

247 clocks = <&axi_dynclk_0>;

248 clock-names = "hdmi_pclk";

249 dmas = <&axi_vdma_0 0>;

250 dma-names = "hdmi_vdma";

251

252 is-hdmi = <0x1>;

253

254 display-timings = <&timing_1920x1080>;

255 xlnx,pixel-format = "bgr888";

256 };

257 };

amba_pl配置的是HDMI的驅動，如果顯示設備是LCD液晶屏，則需要將amba_pl修改成如下的內容：

&amba_pl {

xlnx_vdma_lcd {

compatible = "xilinx,vdmafb";

status = "okay";

xlnx,vtc = <&v_tc_0>;

clocks = <&axi_dynclk_0>;

clock-names = "lcd_pclk";

dmas = <&axi_vdma_0 0>;

dma-names = "lcd_vdma";

is-hdmi = <0x0>;

rst-gpios = <&gpio0 62 GPIO_ACTIVE_LOW>;

bl-gpios = <&gpio0 61 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

atk,lcd-id = <&axi_gpio_0 0 0 GPIO_ACTIVE_LOW

&axi_gpio_0 1 0 GPIO_ACTIVE_LOW

&axi_gpio_0 2 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;

display-timings = <&timing_4x3_480x272

&timing_4x3_800x480

&timing_7_800x480

&timing_7_1024x600

&timing_10x1_1280x800>;

xlnx,pixel-format = "rgb888";

};

};

設備樹配置內容已經放在我們提供的例程源碼當中，路徑為：“領航者ZYNQ開發板資料盤(A盤)4_SourceCodeZYNQ_70203_Embedded_Linuxzynq_petalinux2_linux_hdmisoftwarepetalinuxproject-specmeta-userrecipes-bspdevice-treefilessystem-user.dtsi”，可以打開這個文件將里面的內容拷貝到這個文件中，默認提供的是HDMI的驅動配置，LCD的驅動配置需要自行替換該文件中amba_pl的內容。
配置完了設備樹之后，就是編譯Petalinux工程了。
9.5編譯Petalinux工程
現在我們編譯整個Petalinux工程，在終端輸入如下命令：

petalinux-build

執行結果如下圖所示：

圖 20.5.1 編譯整個Petalinux工程

9.6制作BOOT.BIN啟動文件并復制到SD卡
使用下面命令生成 BOOT文件：

petalinux-package --boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga --u-boot --force

執行結果如下圖所示：

圖 20.6.1 生成 BOOT文件

生成BOOT文件后，我們插入SD卡，將該工程image/linux目錄下的BOOT.BIN和image.ub文件拷貝到名為BOOT的分區也即/dev/sdc1分區中，如下圖所示：

圖 20.6.2 拷貝啟動鏡像到第一個分區

本實驗只需要這兩個文件即可，現在可以卸載SD卡了。
9.7在開發板上啟動Linux
將SD卡插入領航者開發板的SD卡槽（卡槽位于開發板背面），然后使用Mini USB連接線將開發板左側的USB_UART接口與電腦連接，用于串口通信。接下來將領航者底板上的啟動模式開關設置為從SD卡啟動。最后連接開發板的電源線，并打開電源開關。
HDMI顯示器顯示的內容如下圖所示：

圖 20.7.1 HDMI顯示器顯示結果

此時如果在領航者開發板上插入鍵盤，就可以登錄了，登錄的用戶名為：root，密碼為：root。此處我們就不演示了。至此我們完成了Linux顯示設備的驅動。

總結

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