摘要：Android系统在正常启动中，刷屏功能一般在内核中执行，而Bootloader的任务应该是执行硬件初始化，并尽快跳转到Linux内核。在Bootloader启动过程中使能一个显示驱动，实现刷屏功能，并不违背这一目标。本文通过对Bootloader的原理分析和嵌入式芯片C6310中LCD控制器的研究，设计了Bootloader中LCD硬件初始化和软件驱动程序。该设计完善了Bootloader的扩展功能，加快了手机动画的实现，改善了客户的使用体验。
　　
　　关键词：Bootloader；LCD控制器；驱动设计
　　
　　引言
　　
　　Android自2011年以来实现了计算机诞生以来zui快速度的用户群体增长，目前Android以每天85万新激活数的速度快速征服世界，在世界范围内成为占有率zui高的智能手机操作系统。根据赛诺的调研报告，Android系统在中国的*高达74．7％。然而很多硬件制造商在旧设备的升级问题上动作缓慢。Android4．0的配置要求比起之前的Android系统有较大的提高，导致很多厂商在中低端市场的新机型和主推机型都无法达到zui低配置要求。根据市场的需求，低端Android手机存在着巨大商机。在低价格的情况下，如何实现高配置的要求，成为手机开发商研究的重点。
　　
　　对于Android系统，Bootloader是基于特定平台来实现的。Booloader是否解锁关系到各方的利益，解锁Bootloader将会给用户带来很大的好处，Android用户将能够自行根据需要刷写固件，去掉可能导致扣费的运营商服务，得到更加多样的Android体验。因此，本文根据定制的实际平台，提出了一种面向客户需求的实现Bootloader扩展功能的设计方案。
　　
　　1、Bootloador的基本原理及功能介绍
　　
　　Bootloader（系统启动加载器），其实就是在系统启动之前运行的一段程序。Bootloader的作用是对硬件设备初始化，建立内存空间映像图，从而把系统的软件环境带到一个合适的状态。这样，系统在调用内核时就准备好真正的环境，zui终引导系统正常启动。对于Android系统，通常并没有PC机那样的周件程序BIOS，因此Bootloader必须完成整个系统的加载任务。而且对于嵌入式系统，其硬件的差别也是很大的，在操作系统启动之前，必须完成这些硬件的初始化工作，这就导致嵌入式系统Bootloader的功能和具体实现都比PC系统复杂得多。
　　
　　LK（LinuxKernel）是小内核小操作系统，是AndroidBootloader的核心。在高通代码中，AndroidBootloader位于bootable＼bootloader＼1k目录下，Bootloader的功能性设计主要在app＼aboot．c下，aboot_init函数是LK的功能入口点。aboot_init的执行过程如下：
　　
　　①设置NAND／EMMC读取信息页面大小；
　　
　　②读取按健信息。判断是正常开机、进入fastboot，还是进入recovery模式；
　　
　　③从NAND中加载内核；
　　
　　④启动内核。实现刷屏功能可以在读取按键之前，所以Bootloader扩展功能的设计流程如图1所示。　　
　　2、LCD控制器及外围设备连接
　　
　　2．1LCD控制器介绍
　　
　　LCD控制器是Android手机开发项目中C6310芯片的*模块，它负责将需要显示的数据，如操作界面、图像等送给LCD显示设备。在手机的应用中，LCD显示设备主要有以下几类：被动显示模式STN屏、主动显示模式TFT屏，以及主动模式OLED屏。根据显示颜色不同，又可以分为单色屏和彩色屏。LCD控制器不直接和LCD显示屏相连，而是和LCD驱动器相连，这样简化了接口信号数量和显示控制过程。LCD控制器时序由控制信号和图像数据两部分组成，其中控制信号包括VCLK、HSYNC、VSYNC，分别为像素时钟信号、行同步信号、帧同步信号。作为帧同步信号的VSYNC，每发出一个脉冲，都意味着新的一屏图像数据开始发送。而作为行同步信号的HSYNC，每发出一个脉冲，都意味着新的一行图像资料开始发送。在帧同步以及行同步的头尾都必须保留回扫时间。这样的时序安排起源于CRT显示器电子枪偏转所需的时间，但后来成为实际上的工业标准，因此TFT屏也包含了回扫时间。
　　
　　C6310芯片内部集成了一个LCD控制器，通常配置寄存器来控制其工作，命令和图像数据的传输由LCD主控制器自动完成。C6310的LCD控制器采用并行或串行接口工作时，zui多支持3层图像合并（L1、L2、L3），L4层用作命令存储空间。命令存储空间中一个命令有20位，占用32位空间。*个0～17位对应LCD_CMD寄存器中0～17位；第19位用作命令、数据切换位。
　　
　　2．2LCD控制器和LCD驱动嚣的硬件连接
　　
　　ILI9481是一个单芯片TFT液晶显示驱动器，通常LCD控制器和LCD驱动器之间有并口、串口、RGB三种接口。采用RGB接口时，控制信息（行同步、场同步等）由主控制器发送；采用并口、串口时，控制信息包含在发送的图像数据中，该项目采用的是C6310LCD控制器和ILI9481驱动器，它们采用并口连接，图2描述了LCD主控制器和ILI9481的连接。　　
　　驱动中针对硬件的操作主要为主控制器寄存器的配置，命令和图像的传输由LCD主控制器完成。
　　
　　3、LCD控制器操作流程设计
　　
　　C6310采用L3层作为背景层、L4为命令层。当缓冲区的图像数据准备好以后，通过B_LCD_BmpOntoScreen16Bpp_ILI9481（）函数启动LCD控制器，并将图像数据搬移到LCD驱动器。B_LCD_BmlpOntoScreen16Bpp_ILI9481（）启动控制器后，启动一个等待队列，等待图像数据传输完毕。
　　
　　图像搬移过程中会产生中断，这里用到L4_EOF、L3_EOF、和L1_EOF中断，其中L4_EOF为命令传输完成中断，L3_EOF和L1_EOF分别为L3层和L1层数据传输完成中断。首先，C6310_LCDC向LCD驱动器发送一组数据，命令发送完毕后产生L4_EOF中断。然后，C6310_LCDC向LCD驱动器发送图像数据，发送完毕后产生L3_EOF和L1_EOF中断。
　　
　　在LCD进行数据显示前，首先要对LCD控制器的相关寄存器进行正确的设置。表1是C6310中的主要寄存器及其说明。　　
　　连接16位RGB并行接口屏，其寄存器的操作流程如下；
　　
　　①将命令index和命令数据写入存储器，如果命令是16位，则每一个字对应15：0是命令。如果命令为8位，则每一个字对应7：0是命令，通过每一个字中的第17位、WR_RD和第16位A0控制命令属性，如果该命令是zui后一个命令，命令的第19位设置为1。
　　
　　②配置LCD寄存器。配置第4层的起始地址为命令存储地址，配置LCD_PCONF控制读写时序，配置LCD_L1_SIZE的屏幕大小，配置LCD_PCONF控制读写时序，配置LCD_LCONF控制每层的开关和透明覆盖使能等。
　　
　　③使能LCD控制位LCD_SEL，LCD控制器自动读取存储器中数据传输到接口。
　　
　　④等待L1_SOF中断产生后，可以写下一帧所需要的命令和修改其他层起始地址等。
　　
　　⑤等待BOF中断可以配置下一帧的LCD_CTRL寄存器或者每一层起始地址。
　　
　　⑥如果连接的是并口或者串口LCD屏，在图像数据写入存储器的同时将命令写到第4层图像对应地址，LCD控制器会自动读取这些命令输出。LCD控制器操作流程如图3所示。　　
　　从流程图可以看出，当EOF中断产生之后，就可以配置LCD控制器下一帧数据的起始地址。此时，这些配置不会在当前帧起效，而是在下一帧起效，如果需要当前命令发送完毕之后发送图像数据，L4_WINTH需配置为大于实际命令发送个数。本驱动为了让LCD控制器传送一帧图像后停止工作，当L4_EOF中断到来后，配置下一帧发送的命令为0x30003。
　　
　　4、LCD驱动程序设计
　　
　　LCD驱动程序开发过程中，主要需要实现的是底层驱动程序，底层驱动大体分为两个部分：硬件初始化部分和实现splash_screen函数。
　　
　　4．1硬件初始化实现
　　
　　硬件初始化部分主要由display_init函数来实现，主要包括初始化LCD控制器、初始化LCD处理器、Frame-buffer设备的配置等工作，主要实现的函数如下：　　
　　fb_config首先使能I2S写函数，对ILI9481进行复位操作，fbcon_setup函数记录了LCD屏幕参数，包括屏幕分辨率、时序参数、像素比特数（bpp）等参数，B_LCD_Init_ILI9481函数肩负着向framebuffer驱动程序传递数据的任务。初始化LCD控制器的寄存器主要是对LCD的PCD、ARM_INYEN、PBUS_WIDTH、OUT_BPP、LCD_TYPE等寄存器进行配置。LCD控制寄存器主要是对屏幕参数、ARM中断使能、并口LCD中片选信号极性、LCD屏类型、时序特性进行配置。主要寄存器如下：
　　
　　PCD，配置像素时钟分屏。
　　
　　ARM_INTEN，配置ARM中断使能信号。当信号为0时，达到中断产生条件后，不产生送到ARM的中断信号；当信号为1时，达到中断产生条件后，产生送到ARM的中断。
　　
　　PBUS_WIDTH，输出数据线位宽，当配置为并口显示屏时有效。
　　
　　OUT_BPP，配置BPP位宽。
　　
　　LCD_TYPE，配置LCD屏类型选择。00为普通RGB接口TFT显示屏，01为Sharp接口TFT显示屏，10为并口LCD显示屏，11为串口LCD显示屏。
　　
　　4．2读取图像信息
　　
　　splash_screen函数主要是定义图像的地址，通过framebuffer对图像进行显示。这里将显示的图像放在了U盘文件中，当LK启动时，直接从SDRAM中读取图像信息，并定义bmp图像的地址为0x14000000。图像显示函数如下：　　
　　LCD显示数据大小是由显示模式和显示屏尺寸大小共同决定的。根据设计要求，使用的是320X480个像素、16bpp的256色LCD，显示一屏图像所需的显示缓冲为320×480×16位。在显示缓冲器中，每一个像素都占一个字节，且每个字节又要区分RGB格式。在显示图像时，需要配置相应的寄存器，这些工作在初始化LCD控制器已经完成。其次，确定图像缓冲区的首地址，这个地址在4字节对齐的边界上，而且要在SDRAM的4MB空间之间，显示缓冲区的数据会直接显示到显示屏上。LCD上显示的不同图像信息就是显示缓冲区内不同数据的输出。
　　
　　5、LK的测试与调试
　　
　　在该模块下编写了一个Makefile文件，在调试LK模块时，可以单独编译LK模块，这样就节约了开发的时间。编译LK模块，得到1k．bin文件。开发板上电后，进入U盘模式，用生成的1k.bin文件替换掉U盘中原始的文件，通过超级终端连接串口，启动LK。LK启动打印信息如图4所示，LK能正常工作，并能执行LCD显示驱动。　　
　　6、结语
　　
　　本文通过对Bootloader的研究，提出了一种Android详细给出了LCD控制器操作流程和LCD的驱动设计。系统启动正常，运行稳定，达到了设计的要求。尽管LCD手机在LK启动过程中实现LCD显示的设计方案，并且的种类很多，但驱动程序的设计都可以遵循一定的模式，可以根据自己设计的需求选择合适的方法。该方法对Android系统开发具有一定的借鉴意义和参考价值。