嵌入式Linux下S3C2410的調色板彩色顯示
現代電子技術 陳喜春 吳政
摘要： 對于一個顯示設備，數據的更新率正比于畫面的像素數和色彩深度的乘積。在嵌入式Linux系統中，受處理器資源配置和運算能力的制約，當使用大分辨率顯示時(如在一些屏幕尺寸較大的終端上，往往需要640×480以上)，需要降低顯示的色彩深度。否則，由于數據處理負擔過重會造成畫面的抖動和不連貫。這時，調色板技術將發揮重要作用。ARM9內核的S3C2410在國內的嵌入式領域有著廣泛的應用，芯片中帶有LCD控制器，可支持多種分辨率、多種顏色深度的LCD顯示輸出。在此，將S3C2410的調色板技術，以及嵌入式Linux系統下調色板顯示的實現方法進行分析。
Abstract：
Key words :
對于一個顯示設備，數據的更新率正比于畫面的像素數和色彩深度的乘積。在嵌入式Linux系統中，受處理器資源配置和運算能力的制約，當使用大分辨率顯示時(如在一些屏幕尺寸較大的終端上，往往需要640×480以上)，需要降低顯示的色彩深度。否則，由于數據處理負擔過重會造成畫面的抖動和不連貫。這時，調色板技術將發揮重要作用。ARM9內核的S3C2410在國內的嵌入式領域有著廣泛的應用，芯片中帶有LCD控制器，可支持多種分辨率、多種顏色深度的LCD顯示輸出。在此，將S3C2410的調色板技術，以及嵌入式Linux系統下調色板顯示的實現方法進行分析。
1 S3C2410調色板技術概述
1．1 調色板的概念
在計算機圖像技術中，一個像素的顏色是由它的R，G，B分量表示的，每個分量又經過量化，一個像素總的量化級數就是這個顯示系統的顏色深度。量化級數越高，可以表示的顏色也就越多，最終的圖像也就越逼真。當量化級數達到16位以上時，被稱為真彩色。但是，量化級數越高，就需要越高的數據寬度，給處理器帶來的負擔也就越重；量化級數在8位以下時，所能表達的顏色又太少，不能夠滿足用戶特定的需求。
為了解決這個問題，可以采取調色板技術。所謂調色板，就是在低顏色深度的模式下，在有限的像素值與RGB顏色之間建立對應關系的一個線性表。比如說，從所有的16位彩色中抽取一定數量的顏色，編制索引。當需要使用某種彩色時，不需要對這種顏色的RGB分量進行描述，只需要引用它的索引號，就可以使用戶選取自己需要的顏色。索引號的編碼長度遠遠小于RGB分量的編碼長度，因此在彩色顯示的同時，也大大減輕了系統的負擔。
以256色調色板為例，調色板中存儲256種顏色的RGB值，每種顏色的RGB值是16位。用這256種顏色編制索引時，從OOH～FFH只需要8位數據寬度，而每個索引所對應的顏色卻是16位寬度的顏色信息。在一些對色彩種類要求不高的場合，如儀表終端、信息終端等，調色板技術便巧妙地解決了數據寬度與顏色深度之間的矛盾。
1．2 S3C2410中的調色板
ARM9核的S3C2410芯片可通過內置的LCD控制器來實現對LCD顯示的控制。以TFT LCD為例，S3C2410芯片的LCD控制器可以對TFT LCD提供1位、2位、4位、8位調色板彩色顯示和16位、24位真彩色顯示，并支持多種不同的屏幕尺寸。
S3C2410的調色板其實是256個16位的存儲單元，每個單元中存儲有16位的顏色值。根據16位顏色數據中，RGB分量所占位數的不同，調色板還可以采取5：6：5(R：G：B)和5：5：5：1(R：G：B：1)兩種格式。當采用5：6：5(R：G：B)格式時，它的調色板如表1所示。
表1中，第一列為顏色索引，中間三列是R，G，B三個顏色分量對應的數據位，分別是5位、6位和5位，最后一列是對應顏色條目的物理地址。當采用5：5：5：1(R：G：B：1)格式時，R，G，B三個顏色分量的數據位長度都是5位，最低位為1。
用戶編程時，應首先對調色板進行初始化處理(可由操作系統提供的驅動程序來完成)，賦予256色調色板相應的顏色值；在進行圖像編程時，可以將圖像對象賦予所需的顏色索引值。程序運行時，由芯片的LCD控制器查找調色板，按相應的值進行輸出。S3C2410芯片圖像數據輸出端口VD[23：O]有24位，當使用不同的色彩深度時，這24位數據可以表示一個或多個點的顏色信息。
1．3 調色板顏色的選擇
調色板中顏色的選擇可以由用戶任意定義，但為了編程方便，顏色的選取應遵循一定的規律。例如在Windows編程中，系統保留了20種顏色。另外，在Web編程中，也定義了216種Web安全色，這些顏色可以盡量保留。2S3C2410調色板在嵌入式Linux系統下的使用ARM實現圖像顯示時，由LCD控制器將存儲系統中的視頻緩沖內容以及各種控制信號傳送到外部LCD驅動器，然后由LCD驅動器實現圖像數據的顯示。實際應用中，常通過驅動程序由操作系統對寄存器、調色板進行配置。以Linux 2．4內核為例，對調色板的配置是在驅動程序S3C2410fb．c中完成的。
在一些公司Linux源碼包的S3C2410fb．c文件中，并沒有對調色板進行配置，因此在8位以下的顯示設置下。LCD不能正常工作。若需要使用調色板，必須對此文件進行修改。
2．1 驅動程序的修改
查S3C2410數據手冊，調色板的物理起始地址為0x4d000400，應先將調色板的物理地址映射到內核中的虛擬地址，然后對其進行賦值。具體步驟如下：
(1)在S3C2410．h文件中添加：
#define MYPAL(Nb)__REG(Ox4d000400+(Nb)*4)
其作用是實現物理地址到虛擬地址的映射。
(2)在S3C24lOfb．h文件，通過下列語句定義256種顏色。
static const u_short my_color[256]={0x0000，0x8000，…}：
數組中的每個16位二進制數表示一種顏色，RGB分量采用的是5：6：5格式。
(3)在S3C2410fb．c文件的S3C2410fb-activate_var(…)函數中，通過下列語句對這256個調色板進行賦值。
(4)另外，注意改變LCD控制寄存器LCDCON1的BPPMODE值，設定為需要的顏色深度。
(5)重新編譯內核，燒寫內核。
2．2 應用程序的編寫
當S3C2410用于嵌入式Linux操作系統時，其圖形功能一般是依靠幀緩存(Frame buffer)實現的。屏幕上的每個點都被映射成一段線性內存空間，通過應用程序改變這段內存的值，就可以改變屏幕的顏色。當色深在16位以上時，用戶直接指定顏色的RGB分量；當色深在8位以下時，用戶應當指定顏色在調色板中的索引值。
當使用MiniGUI等嵌入式圖形系統時，只需要將界面元素的顏色值設為所需顏色的索引值即可。例如：
WinElementColors[i]=142；
就是將WinElementColors[i]的顏色設置為索引號為142的調色板顏色。
3 結語
在筆者開發的某型指揮車仿真終端中，其顯示分辨率設置為640×480。如果色深設置為16 b／p，在系統使用時，畫面將會出現明顯的抖動、不連貫，這是由于芯片的運算負荷過重造成的。如果按本文中提到的方法對顯示驅動加以修改，采用8位色深顯示，顏色的選取可以滿足需要，畫面的顯示將明顯穩定。這說明，在顯示分辨率較高，色彩種類要求比較簡單的嵌入式應用中，調色板技術是一個非常值得重視的選擇。
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