Linux低功耗显示系统中驱动架构设计

2013-05-11庄衍竖李立军沈东凯

中国科技信息 2013年24期

庄衍竖李立军沈东凯

华南理工大学，广东广州 510640

1.概述

当今手机等移动终端发展迅速，其功耗也越来越受到人们的重视。对于这些移动终端系统，其显示子系统的功耗就占了整机功耗的很大一部分。因此，降低显示子系统的功耗是实现移动终端低功耗的关键。目前TFT-LCD广泛用于这些移动终端系统。对于TFT-LCD显示系统的低功耗，主要是通过降低背光，同时对图像数据处理以补偿背光强度的降低的算法来实现[1]。这种算法可以在应用程序实现，也可以用FGPA等以硬件形式实现，但这些实现方法通用性不强。为此，为提高算法的通用性和易移植性。同时，由于android手机等大部分的移动终端采用的是以Linux内核为基础的操作系统，因此本文提出在嵌入式Linux驱动中实现显示子系统低功耗的基本架构。

2.基本架构

本文在嵌入式Linux驱动层中实现低功耗算法，在嵌入式Linux系统中TFT-LCD显示子系统的正常显示依赖于Linux系统中的帧缓冲显示驱动程序,图像数据传递到实际帧缓冲区后由TFT-LCD读取显示到屏幕上[2]。帧缓冲区驱动作为应用程序和底层硬件之间的桥梁，保证了图像数据从应用层到底层硬件的正确传递。本文将低功耗算法实现于实际帧缓冲驱动程序中[3]，可以做到对应用程序完全透明，使得用户不易察觉到该算法模块的存在，具有很好的移植性和通用性。本文主要是提出在以Linux内核为基础的操作系统下低功耗的驱动层实现架构，其显示子系统的基本架构如图1所示。

在整个显示子系统框架中，主要涉及3大部分：上层是应用程序部分，中间层是驱动程序部分、底层是硬件逻辑部分。本文主要是提出驱动程序部分中低功耗的基本架构。本文提出的驱动程序架构是在Linux内核中实现，主要有内存分配及映射，用于暂时存储应用层传递下来的图像数据；PWM背光调节部分，通过改变占空比来调节背光；图像像素处理部分，根据原始图像数据调整图像像素值；动态定时器部分，保证以上三部分算法的实时执行。

图1 显示子系统的基本架构

2.1 内存分配及映射

在嵌入式Linux显示子系统中，需要对图像进行处理后才写入到帧缓冲区进行显示。因此，在Linux内核中需要分配内存在存储应用程序传递下来的图像数据。Linux内核中的物理地址内存是通过分页的机制是实现的，将整个内存划分为无数的4K大小页，而且是采用了伙伴关系分配算法来进行分配的，可采用内核中的__get_free_pages()函数来分配内存空间。

在嵌入式Linux系统中，应用程序所要显示的图像数据需要传递到内核空间，然而应用程序是不能直接访问到内核空间的，因此需要将内存存储空间映射到用户空间，方便应用程序直接读写数据。在显示子系统驱动程序中需要一个映射函数mmap()来实现内存空间到用户空间的映射。