Прочитав монументальную серию статей о подключении LCD экрана к роутеру мне захотелось сделать то же самое. Однако многообразие используемого стека (openwrt, stm32, usb) в сочетании с отсутствием полных исходников кода но может плохо искал несколько затруднило задачу. Я решил начать с малого — написать свою реализацию framebuffer для raspberry и вывести графическую среду raspberry на LCD. Что из этого получилось, описываю далее. Вообще-то имеются готовые драйверы для LCD (проект tbtft), но мы напишем свой, чтобы лучше понять как все устроено. LCD 320x240 с контроллером ILI9341. Передача данных по 8 битной шине.

 Запись данных в LCD осуществляется следующим образом (стр.28):
 1 на RD и 1 на RESET после старта LCD держим все время. Перед передачей данных подаем 0 на CS, выставляем 8 бит данных на шине, устанавливаем 1 или 0 на RS (D/CX на графике) в зависимости от типа передачи — данные / команда, сбрасываем WR в 0, затем устанавливаем в 1. После окончания передачи данных выставляем CS в 1. Основной код управления LCD (для STM32), в основном взят отсюда и адаптирован для raspberry. Цвет каждого пикселя на LCD задается 16 битами в формате RGB565 (5 бит на красный цвет, 6 на зеленый, 5 на синий). Я использую raspberry pi 3 с установленным raspbian lite (версия ядра 4.14). GUI добавлено установкой пакетов lxde и xinit.  В raspberry GPIO можно управлять через прямое обращение к памяти. Из мануала к BCM 2837 32 битные регистры GPFSEL0-5 используются для установки режима GPIO. На каждый GPIO пин отводится 3 бита. Пину 0 соответствуют биты 2-0 в GPFSEL0, пину 1 биты 5-3 и т.д. Каждый регистр управляет 10 GPIO. Биты 000 соответствуют режиму input, биты 001 режиму output. Установку режима можно описать следующим образом: Для пинов 0 — 31 в режиме output установка 1 делается через регистр GPSET0. Чтобы установить GPIO n в 1, в регистр нужно записать число, n-ый бит в котором равен 1. Например, для установки 1 в GPIO 10 и 11 в регистр GPSET0 необходимо записать число 0b11 << 10. Аналогично, установка 0 осуществляется через регистр GPCLR0. gpio — содержит виртуальный адрес физического адреса 0x3F200000 (отображенного посредством mmap в виртуальную память процесса). *gpio позволяет обратиться к GPFSEL0. *(gpio+7) к GPSET0. *(gpio+10) к GPCLR0. Перед тем как бросаться в пучину kernel, проверим работу с LCD в user space. Подготовим картинку image.jpg в формате raw 320x240. В output.raw содержатся подряд идущие 16 битные значения цвета каждого пикселя (RGB565): Выведем output.raw на LCD:  Если все работает, самое время приступить к подготовке окружения для компиляции и запуска драйвера. Заголовки ядра со скриптами сборки для текущей версии ядра в raspbian так просто не поставить, поэтому скачаем исходный код linux, скомпилируем и установим ядро, и будем использовать эти заголовки со скриптами для компиляции драйвера. Основной reference по этому процессу здесь. Версия сорцов ядра подобрана под мою версию raspbian.  Компиляцию драйвера в дальнейшем выполняем командой make, поместив в директорию с драйвером вот такой Makefile: Теория фреймбуферов хорошо расписана здесь и здесь, поэтому повторяться не буду. Начнем с виртуального фреймбуфера (vfb.c). Он выделяет область памяти, в которую пишет изображение, направленное в /dev/fbX (X — номер устройства). Это изображение потом можно легко прочитать через cat /dev/fbX. Этот драйвер удобен для тестирования (в нашем случае того, что компиляция и установка драйвера проходит успешно). Код берем отсюда. Далее Должно появиться новое framebuffer устройство (/dev/fb1). Запишем в него какое-нибудь изображение, считаем его  и откроем в gimp как файл raw rgb565. Убедимся, что изображение есть. Переходим к драйверу LCD. Велосипед не изобретаем, за основу берем код драйвера из той же статьи. Для начала упростим себе жизнь тем, что при обновлении экрана в LCD пишем весь видеобуфер, а не только измененные кусочки изображения. Установку режима и уровня (1/0) пинов модифицируем следующим образом (просто прямой доступ к I/O памяти в ядре не работает): Адрес gpio получаем вызовом ioremap: Проверим работу драйвера. Скомпилируем, установим и загрузим его Выведем случайное изображение: Выведем на соответствующий /dev/fbX картинку или видео: Запустим графическую оболочку на LCD. Если Desktop environment (DE) еще не установлено (например, серверный вариант raspbian), его можно поставить: Создадим файл /etc/X11/xorg.conf: и добавим в /etc/rc.local: После перезагрузки на LCD должна появиться графическая оболочка.
 Предыдущий вариант драйвера прост, но не очень быстр. Полная перерисовка экрана заметна. Deferred_io хорошо тем, что ядро передает в функцию ili9341_update список измененных страниц видеопамяти, которые и нужно перерисовать на экране. Т.е. необходимо понять, какая область экрана соответствует заданным 4096 байтам (размер страницы памяти).  Аналогично продолжаем рассуждения дальше, получается, что каждые 5 страниц ситуация повторяется. Поэтому достаточно прописать 5 вариантов отрисовки страницы памяти на экране. Отдельно прописываем работу с последней страницей номер 37, т.к. она занимает 2048 байтов: Также небольшие изменения в структуре ili9341 и функции ili9341_probe: В структуре ili9341_fbops используем свои функции, которые работают как обертка над стандартными, при этом помечая измененные страницы с помощью функции ili9341_touch. Дело в том, что если ядро использует функции отрисовки, заданные структурой ili9341_fbops, измененные страницы памяти в ili9341_update не поступают и их нужно отдельно помечать. Фактически же, графическая система raspbian эти функции не использует. Немного поэксперементируем. Подключим к raspberry два экрана. В качестве основного экрана используем экран / телевизор, подключенный к HDMI. В качестве второго экрана используем LCD. Чтобы перетаскивание окошек между экранами было лучше видно, я "увеличил" размер экрана LCD, которые видит linux до 640x480. В ядре я регистрирую экран 640x480, однако на сам LCD пишу каждый второй пиксель в строке и пропускаю каждую вторую строку. Измененный код ili9341_update: Для работы с двумя экранами глубина цвета на них должна быть одинаковой. Для этого добавляем в /boot/config.txt: Ставим xinerama для перетаскивания окон между экранами: Заменяем конфигурационный файл /etc/X11/xorg.conf Результат:
 Надеюсь было интересно. Код на github.