【ARM 裸机开发 (IMX6ULL-mini)】RGB-LCD 驱动与时序详解

susplus2026-09-29 12:05

文章目录

前言

LCD 液晶显示屏是嵌入式开发中最核心的人机交互外设之一，广泛应用于工控、物联网、智能设备等场景。在 IMX6ULL 裸机开发中，掌握 LCD 驱动是深入学习图像显示、界面开发的关键基础。不同于现成库开发，裸机驱动需要从零理解屏幕成像原理、行场时序、时钟架构与寄存器配置。本文将从 LCD 基础理论出发，对比传统 CRT 扫描机制，详细讲解 IMX6ULL 的 LCD 时序参数、PLL5 像素时钟配置、硬件引脚初始化与 LCDIF 寄存器驱动，最终实现清屏、画点等基础显示功能，完成一套完整的裸机 LCD 驱动开发流程。

一、LCD学前相关知识

LCD 全称是 Liquid Crystal Display，也就是液晶显示器，是现在最常用到的显示器，手机、电脑、各种人机交互设备等基本都用到了 LCD，最常见就是手机和电脑显示器。在屏幕里显示的图像是由一个一个像素点组成的，提起 LCD 显示器，我们都会听到 720P、1080P、2K 或 4K 这样的字眼，这个就是

LCD 显示器分辨率，这是由像素点的个数而决定的。

分辨率 ：横向像素点的个数 * 纵向像素点的个数

1920 * 1080

屏幕尺寸：屏幕左上角到屏幕右下角的距离，单位为inch(英寸)，1inch = 2.54cm

分辨率相同，屏幕尺寸越小显示效果越好；

屏幕尺寸相同，分辨率越大显示效果越好；

像素格式 （Pixel Format）：规定了一个像素在内存里怎么存、通道怎么分配、占多少 bit 的规范。一般使用的像素格式为：RGB 像素格式（RGB888/RGBA8888/RGB565）

RGB888：一个像素点占三个通道，一个通道占8个bit，一个像素点占3个字节；

RGB565

ARGB8888 ：一个像素点占4个字节，更便于计算机操作

A：透明色

现在的LCD显示器主要分为：8bit面板与10bit面板，这里说的 bit，就是单色彩通道的色深 ，bit数越高，颜色就越细腻。

8bit面板 ：一个通道占8个bit；

10bit面板 ：一个通道占10个bit；

8bit+FRC（抖动模拟 10bit）：面板硬件本身只有 8bit，靠 FRC 帧抖动算法，视觉模拟出接近 10bit 的色彩，不是真 10bit 面板。

显存 ：专门存放图像数据的内存空间；

对于IMX6ULL开发板上这块4.3inch的ARGB8888屏幕，分辨率为800480，所以它的显存大小至少为800480*4=1.5M。我们一般从IMX6ULL上的DDR3划出一块内存（地址：0x89000000）来作为显存。

二、IMX6ULL上的LCD

2.1 LCD原理图

IMX6ULL开发板的LCD原理图：

其中有24根数据线；

PCLK：PixelClock像素时钟信号线。同步像素点发送的时间间隔；

HSYNC：HorizontalSync行/水平同步时钟信号线。同步每一行发送的时间间隔；

VSYNC：帧/垂直同步时钟信号线，同步每一帧图像的时间间隔；

DE：Data Enable 数据使能信号线。

RGB LCD 一般有两种驱动模式：DE 模式和 HV 模式，这两个模式的区别是 DE 模式需要用到 DE 信号线，而 HV 模式不需要用到 DE 信号线，在 DE模式下是可以不需要 HSYNC 信号线的，即使不接 HSYNC 信号线 LCD 也可以正常工作。

2.2 LCD引脚初始化

c 复制代码 
void lcd_gpio_init()
{
    //1.引脚复用功能
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA00_LCDIF_DATA00, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA01_LCDIF_DATA01, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA02_LCDIF_DATA02, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA03_LCDIF_DATA03, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA04_LCDIF_DATA04, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA05_LCDIF_DATA05, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA06_LCDIF_DATA06, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA07_LCDIF_DATA07, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA08_LCDIF_DATA08, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA09_LCDIF_DATA09, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA10_LCDIF_DATA10, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA11_LCDIF_DATA11, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA12_LCDIF_DATA12, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA13_LCDIF_DATA13, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA14_LCDIF_DATA14, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA15_LCDIF_DATA15, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA16_LCDIF_DATA16, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA17_LCDIF_DATA17, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA18_LCDIF_DATA18, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA19_LCDIF_DATA19, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA20_LCDIF_DATA20, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA21_LCDIF_DATA21, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA22_LCDIF_DATA22, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_DATA23_LCDIF_DATA23, 0);

    //LCD 时钟
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_CLK_LCDIF_CLK, 0);          //pclk
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_VSYNC_LCDIF_VSYNC, 0);      //vsync
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_HSYNC_LCDIF_HSYNC, 0);      //hsync
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_LCD_ENABLE_LCDIF_ENABLE, 0);    //enable
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO08_GPIO1_IO08, 0);      //backlight_pwm

    //2.引脚电气属性
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA00_LCDIF_DATA00, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA01_LCDIF_DATA01, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA02_LCDIF_DATA02, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA03_LCDIF_DATA03, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA04_LCDIF_DATA04, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA05_LCDIF_DATA05, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA06_LCDIF_DATA06, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA07_LCDIF_DATA07, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA08_LCDIF_DATA08, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA09_LCDIF_DATA09, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA10_LCDIF_DATA10, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA11_LCDIF_DATA11, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA12_LCDIF_DATA12, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA13_LCDIF_DATA13, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA14_LCDIF_DATA14, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA15_LCDIF_DATA15, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA16_LCDIF_DATA16, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA17_LCDIF_DATA17, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA18_LCDIF_DATA18, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA19_LCDIF_DATA19, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA20_LCDIF_DATA20, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA21_LCDIF_DATA21, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA22_LCDIF_DATA22, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_DATA23_LCDIF_DATA23, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_CLK_LCDIF_CLK, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_VSYNC_LCDIF_VSYNC, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_HSYNC_LCDIF_HSYNC, 0x00B9);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_LCD_ENABLE_LCDIF_ENABLE, 0x00B9);

    //配置pwm引脚
    gpio_init(GPIO1, 8, &(GPIO_Type_t){gpio_output, 1});
    gpio_set_value(GPIO1, 8, 1);
}

三、CRT显示器

说到显示器，不得不提一下显示器的"祖先"CRT 显示器，CRT 显示器就是以前很常见的那种大屁股显示器，目前已经很少见了。

CRT 显示器屁股后面是个电子枪，这个电子枪就是我们上面说的"画笔"，电子枪打出的电子撞击到屏幕上的荧光物质使其发光。只要控制电子枪从左到右扫完一行(也就是扫描一行)，然后从上到下扫描完所有行，这样一帧图像就显示出来了。也就是说，显示一帧图像电子枪是按照'Z'形在运动，当扫描速度很快的时候看起来就是一幅完成的画面了。看下面这一张图：

当显示完一行以后会发出 HSYNC 信号，此时电子枪就会关闭，然后迅速的移动到屏幕的左边，当 HSYNC 信号结束以后就可以显示新的一行数据了，电子枪就会重新打开。在 HSYNC信号结束到电子枪重新打开之间会插入一段延时，这段延时就图 中的 HBP。当显示完一行以后就会关闭电子枪等待

HSYNC 信号产生，关闭电子枪到 HSYNC 信号产生之间会插入一段延时，这段延时就是图 中的 HFP 信号。同理，当显示完一帧图像以后电子枪也会关闭，然后等到 VSYNC 信号产生，期间也会加入一段延时，这段延时就是图 中的 VFP。VSYNC 信号产生，电子枪移动到左上角，当 VSYNC 信号结束以后电子枪重新打开，中间也会加入一段延时，这段延时就是图中的VBP。 HBP、HFP、VBP 和 VFP 就是导致当时显示器黑边的原因。

四、LCD时序

五、ATK4384显示器的时间参数

我们定义一个结构体来存储LCD的相关参数：

c 复制代码 
#define LCD_FRAMEBUF_ADDR (0x89000000)

//LCD参数
struct tftlcd_t
{
    unsigned short height;      // 高度
    unsigned short width;       // 宽度
    unsigned short pix_size;    // 像素大小
    unsigned short vspw;        // 帧同步信号宽度
    unsigned short vbp;         // 帧同步信号后廊
    unsigned short vfp;         // 帧同步信号前廊

    unsigned short hspw;        // 行同步信号宽度
    unsigned short hbp;         // 行同步信号后廊
    unsigned short hfp;         // 行同步信号前廊

    unsigned int frame_buffer;  // 帧缓冲区地址
    unsigned int fore_color;    // 前景色
    unsigned int back_color;    // 背景色
};

	struct tftlcd_t lcd_dev;
    //lcd参数配置
    lcd_dev.height = 480;
    lcd_dev.width = 800;
    lcd_dev.pix_size = 4;
    lcd_dev.hspw = 48;
    lcd_dev.hfp = 40;
    lcd_dev.hbp = 88;
    lcd_dev.vspw = 3;
    lcd_dev.vfp = 13;
    lcd_dev.vbp = 32;
    lcd_dev.frame_buffer = LCD_FRAMEBUF_ADDR;
    lcd_dev.fore_color = 0x00ff0000;
    lcd_dev.back_color = 0xffffffff;

显示一帧图像所需要的时钟数是：(VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)= (3 + 32 + 480 + 13) * (48 + 88 + 800 + 40) =515328。显示一帧图像需要515328个时钟数，那么显示60帧就是：515328 * 60=30,919,680≈31M，所以像素时钟就是 31MHz。

这里的31MHz指的就是IMX这片SoC的LCD控制器的工作频率。我们必须按照这个数值来配置好LCD控制器的时钟。

在IMX6ULL参考手册中的时钟树中：

可以选取各种时钟源来配置，本篇文章以配置PLL5 来解释。里先把PLL5的倍频因子设置为42，那么从PLL5输出的频率就是1008MHz，之后在2这个位置4分频，再在3这个位置8分频，那么结果为1008/4/8=31.5MHz，最后再把4这个位置选通就可以了，当然也可以将倍频设置为其他数，分频改为其他数，最终凑出31MHZ的像素时钟就行。

在之前【ARM 裸机开发 (IMX6ULL-mini)】中断嵌套实现、代码 OCP 改造与时钟配置这篇文章的时钟配置部分有这样一张图：

我们这次要使用的LCD也就属于视频相关设备，因此选取PLL5作为时钟源，在参考手册中找到Audio / Video PLL，在第18章节中。

配置PLL5的步骤与配置PLL1是相同的，在参考手册这张图中需要转换旁路配置的一部分没有画出。

音频 PLL 与视频 PLL 均基于24MHz 参考时钟 ，生成低抖动时钟 。该 PLL 的时钟输出频率范围为 650MHz ~ 1.3GHz。

六、LCD时钟初始化操作

6.1 配置PLL5的相关寄存器

根据手册可以知道，配置PLL5主要需要使用CCM_ANALOG_PLL_VIDEOn、CCM_ANALOG_PLL_VIDEO_NUM、CCM_ANALOG_PLL_VIDEO_DENOM、CCM_ANALOG_MISC2n这四个寄存器。

CCM_ANALOG_PLL_VIDEOn

CCM_ANALOG_PLL_VIDEO_NUM

CCM_ANALOG_PLL_VIDEO_DENOM

CCM_ANALOG_MISC2n

6.2 配置PLL5后路线

选通门选择PLL5，第一个分频器为4分频，第二个分频器为8分频，最后的选通门选择为LCDIF1 clock。

CSCDR2

CBCMR

6.3 实现代码

c 复制代码 
void lcd_clock_init()
{
    //切换到旁路
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 16);
    //关闭PLL
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 12);
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO_NUM = 0;
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO_DENOM = 1;

    //设置42倍频因子
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(0x7f << 0);
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (42 << 0);

    //设置1分频
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(3 << 19);
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 20);

    //打开PLL
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(1 << 12);
    //使能PLL
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO |= (1 << 13);

    //等待PLL稳定
    while((CCM_ANALOG->PLL_VIDEO & (1 << 31)) == 0);

    //切回主路
    CCM_ANALOG->PLL_VIDEO &= ~(1 << 16);

    //选择PLL5 作为时钟源
    unsigned int t = CCM->CSCDR2;
    t &= ~(7 << 15);
    t |= (1 << 16);
    //分频器配置
    t &= ~(7 << 12);
    t |= (3 << 12);
    t &= ~(7 << 9);
    CCM->CSCDR2 = t;

    //CCM->CBCMR &= ~(7 << 23);
    CCM->CBCMR |= (7 << 23);
}

七、LCD相关寄存器配置

在参考手册中，我们可以找到LCD相关的寄存器，我们主要用的就是下面几个，由于寄存器过多，这里就不一一解释了，大家可以去参考手册中自己理解一下。

寄存器名 中文名称 简要作用
LCDIF_CTRLn* LCDIF 控制寄存器 n 主控制寄存器，模块使能、时钟、中断、模式选择等核心配置
LCDIF_CTRL1n* LCDIF 控制寄存器 1n 次一级控制，如 FIFO、回写、字节交换、极性控制等
LCDIF_CTRL2n LCDIF 控制寄存器 2n 更多高级控制：VSYNC/HSYNC 相关、翻转、掩码等
LCDIF_TRANSFER_COUNT* 传输计数寄存器 一帧图像的像素 / 行数计数，配置画面分辨率相关
LCDIF_CUR_BUF* 当前缓冲区地址寄存器 当前正在扫描输出的帧缓存物理地址（双缓冲）
LCDIF_NEXT_BUF* 下一缓冲区地址寄存器 下一帧将要显示的帧缓存地址，用于画面切换、无闪烁刷新
LCDIF_TIMING 时序寄存器 LCD 时序参数：行场同步（HSYNC/VSYNC）、前后肩（porch）配置
LCDIF_VDCTRL0n* 视频数据控制寄存器 0n 视频输出控制 0，使能、同步信号、数据使能 DE 等
LCDIF_VDCTRL1* 视频数据控制寄存器 1 行总周期配置（H period）
LCDIF_VDCTRL2* 视频数据控制寄存器 2 场总周期配置（V period）
LCDIF_VDCTRL3* 视频数据控制寄存器 3 同步信号宽度、前后肩时序参数
LCDIF_VDCTRL4* 视频数据控制寄存器 4 显示尺寸、信号极性等配置

实现代码

c 复制代码 
	void lcd_reset()
	{
	    //复位LCD
	    LCDIF->CTRL |= (1 << 31);
	    delay_ms(20);
	    LCDIF->CTRL &= ~(3 << 30);
	}
		
    lcd_reset();

    //LCD寄存器配置
    LCDIF->CTRL |= (1 << 19);
    LCDIF->CTRL |= (1 << 17);
    LCDIF->CTRL |= (3 << 10);
    LCDIF->CTRL |= (3 << 8);
    LCDIF->CTRL |= (1 << 5);

    LCDIF->CTRL1 = (7 << 16);
    LCDIF->TRANSFER_COUNT |= (lcd_dev.height << 16) | (lcd_dev.width << 0);
    LCDIF->CUR_BUF = lcd_dev.frame_buffer;
    LCDIF->NEXT_BUF = lcd_dev.frame_buffer;

    LCDIF->VDCTRL0 |= (1 << 28) | (1 << 24) | (1 << 21) | (1 << 20) | (lcd_dev.vspw << 0);
    LCDIF->VDCTRL1 |= (lcd_dev.height + lcd_dev.vspw + lcd_dev.vbp + lcd_dev.vfp);
    LCDIF->VDCTRL2 |= (lcd_dev.hspw << 18) | (lcd_dev.width + lcd_dev.hbp + lcd_dev.hfp + lcd_dev.hspw);
    LCDIF->VDCTRL3 |= ((lcd_dev.hspw + lcd_dev.hbp) << 16) | ((lcd_dev.vspw + lcd_dev.vbp) << 0);
    LCDIF->VDCTRL4 |= (1 << 18) | (lcd_dev.width << 0);

    //LCD使能
    LCDIF->CTRL |= (1 << 0);

八、实现清屏、画点

lcd_clear_screen将帧缓冲区所有像素填充为指定颜色完成清屏，但存在屏幕宽度硬编码的问题；lcd_drawpoint根据坐标计算像素在帧缓存中的偏移，向对应位置写入颜色实现画点

c 复制代码 
void lcd_clear_screen(unsigned int color)
{
    unsigned int (*p)[800] = (unsigned int (*)[800])lcd_dev.frame_buffer;
    int i = 0;
    int j = 0;

    for(i = 0; i < lcd_dev.height; i++)
    {
        for(j = 0; j < lcd_dev.width; ++j)
        {
            p[i][j] = color;
        }
    }
}

void lcd_drawpoint(int x, int y, unsigned int color)
{
    unsigned int *p = (unsigned int *)lcd_dev.frame_buffer;
    if(x > lcd_dev.width || y > lcd_dev.height)
    {
        return;
    }
    *(p + y * lcd_dev.width + x) = color;
}

九、移植framebuff小型图像库

自己一个一个编写图像代码效率很低，可以搜寻一些小型图像库的代码，将其移植在自己的工程中，我移植的图像库中包含了画线、显示字符等功能。若是整个文件夹移植，记得需要修改Makefile。

相关推荐
额额额对了3 小时前
嵌入式 ADC 从入门到实战：基于 i.MX6ULL 的裸机驱动开发
驱动开发·嵌入式硬件·arm
幼儿园蛋小黑15 小时前
ARM 中断机制详解
arm
晊晌_h1 天前
IMX6ULL裸机开发：定时器(GPT/EPIT)与UART串口
arm·定时器·arm裸机开发
幼儿园蛋小黑7 天前
ARM 时钟与定时器详解：从原理到实践
arm
幼儿园蛋小黄7 天前
从定时器到时钟：ARM 嵌入式学习总结
arm
祖力557 天前
ARM时钟
嵌入式硬件·arm·时钟·imx6ull
koi77u7 天前
嵌入式学习——ARM(3)
arm
学linux的QQ蛋7 天前
i.MX6ULL GIC 中断整体知识点总结和ARM时钟重点总结
arm·时钟·中断
G.E.M.小白7 天前
【IMX6ULL ARM内核启动与时钟系统超详解】PLL/PFD/分频/根时钟配置
嵌入式·arm·时钟·imx6ull
热门推荐
01国内可直接用、免费额度/永久免费的大模型API清单（含 SiliconFlow、火山、阿里、智谱、百度、Kimi、DeepSeek、DMXAPI 等）02Telegram APK 下载安装完整指南 — 2026年最新03历年考研数学一、数学二、数学三真题试卷及答案PDF04GitHub 镜像站点052026 爱知・名古屋亚运会怎么看？直播平台+赛程安排分享06蜘蛛磁力 搜索引擎大全，如何使用蜘蛛磁力查找磁力链接07给AI一张“业务概念地图“：本体如何从哲学走向企业智能082026 年 9 月国内外主流大模型横向硬核评测：价格、算力、业务场景全维度对比，GPT‑6 Astra横空出世09jev-ultrafast 深度解析：7 秒订机票的浏览器 Agent 是如何炼成的10微信历史版本含下载地址（ Windows PC | 安卓 | MAC ）及设置微信不更新