1 內(nèi)存映射型LCD控制器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)

　　傳統(tǒng)的LCD控制器可分為雙口RAM型,、“乒乓”切換控制型、消隱寫操作型等類型,，這些控制器雖思路,、設(shè)計(jì)簡單，能較好地解決讀寫沖突,，但都只能應(yīng)用于某些特定環(huán)境下的設(shè)計(jì)開發(fā),，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、靈活性較差,。而內(nèi)存映射型控制器系統(tǒng)性能穩(wěn)定,、擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低,、讀寫速度快,，是目前控制器設(shè)計(jì)的較好解決方案。

  　1．1 內(nèi)存映射型LCD控制器的結(jié)構(gòu)

　　內(nèi)存映射型控制器不用獨(dú)立的存儲(chǔ)器做顯存,，而是在內(nèi)存中動(dòng)態(tài)地開辟一塊空間作為顯存,，故稱之為內(nèi)存映射型控制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

 

　　內(nèi)存映射型控制器工作時(shí),，顯存里的數(shù)據(jù)不是通過簡單接口，而是通過總線傳到時(shí)序發(fā)生器,。由于對(duì)顯存的讀寫通過總線進(jìn)行自動(dòng)協(xié)調(diào),，從而有效地避免了讀寫沖突的發(fā)生。通常,，總線通過一個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)與時(shí)序發(fā)生器連接,。

 　1．2 內(nèi)存映射型LCD控制器的優(yōu)點(diǎn)

　　內(nèi)存映射型控制器用一小塊雙口存儲(chǔ)器做緩存，保證了顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿承?；顯存定義在SDRAM／SRAM內(nèi)存中,，取代了獨(dú)立顯存從而降低了系統(tǒng)成本；使用中只需修改時(shí)序發(fā)生器,，就可以驅(qū)動(dòng)各種參數(shù)的顯示器,；同時(shí)，通過總線協(xié)調(diào)顯存的讀寫操作,，有效的避免了顯存讀寫沖突問題,。表1從4個(gè)方面對(duì)內(nèi)存映射型控制器與其他3種常見控制器類型進(jìn)行了比較。

 

　　2 基于SOPC技術(shù)的內(nèi)存映射型LCD控制器設(shè)計(jì)

　　2．1 內(nèi)存映射型LCD控制器的總體結(jié)構(gòu)

　　該控制器由寄存器模塊,、DMA模塊,、數(shù)據(jù)緩存模塊、時(shí)序發(fā)生器4部分組成，采用VHDL語言編寫,。如圖2所示,。控制器內(nèi)部定義了2個(gè)總線外設(shè),，其中,，寄存器模塊為總線從端口設(shè)備，DMA模塊為總線主端口設(shè)備,。

 

　　2．2 寄存器模塊(register_bank)

　　該模塊為Avalon總線從端口設(shè)備,，可以通過NiosⅡ Processor設(shè)置和讀取顯存起始地址、顯示大小,、顯示顏色位數(shù)及相關(guān)控制參數(shù),。

　　寄存器模塊中共定義了4個(gè)寄存器；顯存起始地址寄存器,、顯示參數(shù)寄存器,、控制寄存器和狀態(tài)寄存器,。各寄存器的讀寫控制,、定義及功能描述如表2所示。

 

　　其中,，顯示參數(shù)寄存器(size)中“色數(shù)”標(biāo)志位,，值為1表示8位顏色顯示，值為0表示16位顏色顯示,。狀態(tài)寄存器(status)大小為兩位,，可與控制寄存器中的中斷位(Interrupt)配合使用，為保留位,?？刂破骷拇嫫鞯亩x如表3所示。

 

　　2．3 數(shù)據(jù)緩存模塊(line＿buffer)

　　該模塊設(shè)計(jì)采用了雙口RAM,，由MegaWizard Plug-In Manager生成,，其存儲(chǔ)空間約為一行數(shù)據(jù)所占的空間，用于暫存顯示數(shù)據(jù),。由于DMA不是直接將顯存中的數(shù)據(jù)傳給時(shí)序發(fā)生器,，而在中間使用了雙口RAM做數(shù)據(jù)緩存，這樣DMA和時(shí)序發(fā)生器的讀,、寫時(shí)序不必嚴(yán)格對(duì)應(yīng),，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí),，用于16位彩色顯示時(shí),，可通過數(shù)據(jù)緩存模塊將總線32位的數(shù)據(jù)輸入變?yōu)?6位的數(shù)據(jù)輸出給時(shí)序發(fā)生器；而在8位彩色顯示時(shí),，可通過數(shù)據(jù)緩存模塊將32位輸入變?yōu)?位輸出,，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)位數(shù)的轉(zhuǎn)化,，方便的時(shí)序發(fā)生器內(nèi)部的數(shù)據(jù)操作。

  

        2．4 DMA模塊(image_dma)

　　該模塊為Avalon總線主端口設(shè)備,，它負(fù)責(zé)向Avalon總線提供有效的地址,、數(shù)據(jù)和寫請(qǐng)求信號(hào)，并在時(shí)鐘上升沿發(fā)起總線傳輸,，讀取顯存中的數(shù)據(jù),；同時(shí)，DMA模塊產(chǎn)生寫數(shù)據(jù)緩存的地址和數(shù)據(jù),，將顯示數(shù)據(jù)正確地從顯存?zhèn)魉偷綌?shù)據(jù)緩存,。DMA模塊為三狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)，包括空閑狀態(tài),、傳輸狀態(tài),、等待狀態(tài)，各狀態(tài)機(jī)邏輯關(guān)系如圖3所示,。 

 

   　2．5 時(shí)序發(fā)生器(LCD_driver)

　　時(shí)序發(fā)生器模塊主要有4個(gè)主要功能：

　　(1)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LCD的行掃描信號(hào)(hsync),、列掃描信號(hào)(vsync)、數(shù)據(jù)使能信號(hào)(blank_n),；

　　(2)產(chǎn)生讀雙口R_AM緩存的地址信號(hào),；

　　(3)產(chǎn)生行、場消隱信號(hào),，控制DMA模塊啟動(dòng),、停止數(shù)據(jù)傳輸；

　　(4)將顯示數(shù)據(jù)RGB按正確的時(shí)序,、指定模式輸出,。

　　常用的16位彩色顯示可分為555、565(即RGB信號(hào)分量所占位數(shù))兩種顯示模式,，控制器通過判斷控制寄存器中的模式設(shè)置位將RGB信號(hào)以不同的格式輸出,。

　　2．6 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及內(nèi)存映射型LCD控制器的驗(yàn)證

　　為驗(yàn)證該控制器，本文設(shè)計(jì)了以CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8為主芯片的SOPC評(píng)估電路板,。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的TFT-LCD選用SAMSUNG公司的LTA104S1-L01,，該LCD大小為10．4英寸、分辨率為800×600,，可實(shí)現(xiàn)16位真彩色顯示,。由于LTA104S1-L01接口為LVDS，本文設(shè)計(jì)了以DS90CF363為主芯片外接的接口板,，以實(shí)現(xiàn)RGB到LVDS信號(hào)的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,，本控制器能有效地解決顯存讀寫問題，設(shè)計(jì)完全符合預(yù)期要求。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及顯示效果如圖4所示,。

　　3 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的內(nèi)存映射型LCD控制器,，能有效地解決顯存讀寫沖突。同時(shí)與文獻(xiàn)[8]中的控制器相比,，由于使用自定義的DMA代替了原有的DMA IP Core,，數(shù)據(jù)的傳輸不必由CPU產(chǎn)生中斷發(fā)起，而完全由控制器發(fā)起,，從而減輕CPU的運(yùn)行負(fù)擔(dān),。同時(shí)，該設(shè)計(jì)還具有占用邏輯單元少,、適用范圍廣,、靈活性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng),、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn),，可用于多種分辨率LCD的顯示控制，具有一定的實(shí)用價(jià)值,。