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新型高分辨率LCD控制器的设计与实现.pdf

新型高分辨率LCD控制器的设计与实现.pdf

上传者: menad 2012-03-08 评分 4.5 0 85 12 386 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《新型高分辨率LCD控制器的设计与实现pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含新型高分辨率LCD控制器的设计与实现陈重李浩陈曦(电子科技大学电子科学技术研究院四川成都):I=摘要:为了解决ARM等嵌入式处理器驱动大屏幕LCD困符等。

新型高分辨率LCD控制器的设计与实现陈重李浩陈曦(电子科技大学电子科学技术研究院四川成都):I=摘要:为了解决ARM等嵌入式处理器驱动大屏幕LCD困难的问题提出了一种基于FPGA的大屏幕LCD控制器解决方案。该控制器通过搭建合理的架构设计及巧妙的总线仲裁机制解决了大屏幕显示所需的高刷新率和高更新率问题。同时多个内部寄存器使其支持各种型号的LCD显示器并成功地驱动了英寸的LCD显示器。关键词:大屏幕LCDFPGALCD控制器中图分类号:’rP文献标识码:A文章编号:()一DesignandimplementationflargescreenLCDcontrollerChenZhongLiHaoChenXi(ResearchInstituteofElectronicscience锄d‰hnolo舒UESTCChengdulChina)Abstract:’nlispaperpmvidesadesignoflargescreenLCDcontrUertosvetheproblemthatARM粕dotllerembeddedprocesso培c如’t抽vel叫笋一screenLCD.necon昀llerresolvest}lecollflictbetweenhighrefreshratearIdhigllupdatemtethattIlelargescreendisplayneedsbybuildingamtionalarchitecture粕dbusarbitrationmechanism.There百stersintheLCDcontmllermake岫LCDcontrouersupportv柚oustypesofLCDdisplay.卟isLCDcontmllerh船drivena一inchLCDmonitorsuc.cessfuⅡy.KeyworcIs:largescreenLCDFPGALcDcontr}oller随着电子技术的发展大屏幕LCD显示器越来越多地成为各种电子设备的显示终端。但是现有的大部分嵌人式处理器因为其自身的总线速率限制了驱动大屏幕LCD的能力。例如自带LCD控制器的ARM嵌入式处理器(三星的)其系统总线的时钟频率最高只能达到MHz【除了要传输显示LCD屏的数据外系统总线还要提供其他设备的数据吞吐所以它的数据传输量只能满足小屏幕的显示无法满足高分辨率屏幕的数据显示。市场上有很多专用的LCD控制芯片但是其价格较高、配置不灵活。因此本文基于能够高速运行的FPGA【】为处理核心以SDRAM作为显示缓存设计LCD控制器既能够将ARM的系统总线上的显示数据取出并驱动大屏幕显示数据又能够解决专用芯片的弊端。成功地解决了嵌入式处理器在驱动大屏幕LCD时的资源紧张问题并可提供清晰稳定的图像显示。架构选择及硬件实现.架构分析选择根据嵌入式处理器的工作原理有三种架构形式可以实现LCD控制器的设计如图所示。架构和架CPU主设备总线接口’rLcD控制器上本地存储器基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助架构l(ZYCxJ)航空科学基金()《电子技术应用》年第卷第期架构架构图l系统架构图万方数据构采用r与cPU共用显示存储器的方式在显示过程中CPU和LCD控制器需要间断地释放对共用存储器的访问以完成刷新数据和更新数据在存储器中的交互。这两种架构中CUP对存储器的访问会直接影响到显示数据的更新及LCD显示器的显示效果。尽管架构增加了本地存储器提高了系统性能但是同样受到架构模式的制约。而架构避免了共用显示存储器的模式将LCD控制器作为总线上的一个外设CPU将需要更新显示的数据通过存储器接口发送给总线上的LcD控制器LCD控制器控制LCD显示。本文系统即采用了架构l形式的架构。.系统硬件设计基于架构l设计了图所示的硬件结构。整个系统以FPGA对更新数据和刷新数据的仲裁处理为核心配合SDRAM的操作及显示数据的传输标准转换(LVDS转换)完成其大屏幕显示器驱动的任务实现显示功能。CPUlsDRAM一戮:。接口l接几FPGA(XCsLx)大屏幕CPUFPcAfILcD蒜意警LCD曩吾lI接口一临晶益函显示器电源模块lLcD控制器图LCD控制器硬件结构图XCSIJ)(是XILINX公司新推出的一款FPGA属于SPARTAN系列具有很高的性价比优势。利用FPGA配置灵活的特点在硬件方面FPGA主要实现四个接口:CPU接口、SDRAM接口、FPGA配置接口和LCD接口。其中SDRAM接口和LCD接口都是常用的标准接口这里不再赘述。FPGA的配置接口用于对FPGA的被动串行配置采用FPGA的这种配置方式可以很好地提高该控制器的可移植性又可以节省FPGA的配置芯片的成本。LCD控制器通过CPU接口连接到AMBA总线上【l并以存储器的方式被嵌入式处理器访问。HYV是一款bit数据总线宽度的SDRAM采用bit的数据总线能够很好地提高本控制器的数据处理速度和其驱动能力。DSC是一款通用的大屏幕LCD显示器LVDS接口转换芯片可以适用于大部分差分接口的LCD显示器设计中可以很好地将FPGA产生的RGB格式的数据转换成高速串行差分数据格式。.硬件接口电路设计控制器与CPU的接口是ARM的存储器访问接口接口采用异步通信方式并由bit地址线、bit数据总线接入读写片选线组成其接入接口硬件图如图所示。显示屏接口采用标准的大屏幕LVDS接口通过欢迎网上投稿www.cllinaaet.comARM系统总线图LCD控制器系统接入接口LVDS转换芯片与外围LCD屏幕连接将FPGA产生的RGB等信号转换成高速差分串行输出信号。LCD显示器接口如图所示。LcD控制器显示器一XINORl。T】【INlDD勉。TxI她l口R.TXINMTxI眦DoRLTXI}陋贴。XIH盯一xING~G。黧肼G~TXIN。。G一TXINlDlJ“。XINlG一XINlG.住INlOG一TXINll“m显示器B~蹴呦JloBl~昭~TXINlB一TXINⅨ卜叭。XINlB一TXIHB一XI一BTXINl艟一锄TIIM赡Il髂VⅡLXI匕UloCu【~CLKIN姒.Ij二TXITXINIr图LCD显示器接口FPGA软件设计FPGA软件模块及功能示意图如图所示其软件设计分为个模块:()DCM时钟管理模块。主要功能是利用FPGA内部DCM产生其他模块所需的时钟()接收模块。主要用来接收CPU发送来的需要更新的显示数据作适当处理后进行数据缓存()显存管理模块。主要用来解决CPU写入数据和LCD显示器读出数据之间的冲突()LCD驱动模块。主要用于产生LCD显示器需要的时序。《电子技术应用》年第卷第期万方数据LCD时钟DCM时钟sDRAM时钟I£D显示LCD管理模块显示缓存驱动FPGA时钟时序缓存管理模块模块产生模块系统LCD驱动模l^^寄存器JLJV叫寄存器数据控制cPu接口人CPU地址配置信号总线信号通信.、转换Iy、|。叫模块模块接收数据总线褂:瞄t.h缓存、叫控制信号模块接收模块nGA数据处理模块划分图图%A软件模块划分及功能示意图.接收模块接收模块的程序流程图如图(a)所示。系统上电复位后接收模块进入等待接收数据状态当有来自CPU的数据请求时接收模块通过CPU接口通信协议接收数据数据包括显示数据和存储地址。接收数据后首先对地址进行译码。地址分为显示数据地址和寄存器地址:当地址为寄存器地址时接收数据对寄存器进行操作用来对LCD屏的属性进行配置和控制以增强LCD控制器对不同LCD屏的兼容性当地址为数据地址时将CPU传递的线性地址译码为SDRAM写入操作的b锄k地址、行地址和列地址。地址译码后将地址和数据进行封包组帧并且加入自动预充电标志位以提高SDRAM的写入数据速度。判断预充电标志位是否有效的依据是:数据地址是SDRAM的“行末”地址、后一个数据不与当前数据的行地址相同然后将封号帧的数据依次传入接收缓存(FIFO)中等待显存管理模块的读取。数据的帧格式如表所示。表l数据帧格式.显存管理模块显存管理模块分为:SDRAM接口模块和SDRAM控制模块。SDRAM接口模块根据SDRAM的操作时序建立SDRAM访问接口SDRAM控制模块仲裁cPu的显示更新数据和LCD的显示刷新数据在SDRAM中的读写操作其操作机制如图(b)所示。系统开始等待cPu数据CPU数据芏地址i}l别上电复位后进入监控状态然后进入SDRAM读操作状态将LCD显示缓存中存入一定量的显示数据后管理模块进行Ⅳ次的SDRAM刷新操作刷新结束后显存管理模块将一直监视接收缓存直到显示缓存中数据不足时则循环进行读操作。SDRAM是动态存储器合理的操作机制可以提高SDRAM的读写速度。本控制器在SDRAM的操作上引入了如下机制以提高系统的性能:()读写操作分开独立连续进行:将SDRAM中数据连续读出固定个数的数据然后进入连续写入状态。()连续两个数据不同行时采用自动预充电读写操作同行则不进行预充电操作。()在空闲状态进行手动刷新SDRAM本系统的读操作是周期进行的在每次读操作后进行固定周期数的刷新操作既保证了刷新次数又节省了刷新时间。()采用bit的SDRAM以增加位宽换取速度。.LCD驱动模块该模块根据LCD标准的时序要求产生行时钟、场时钟和数据使能信号并且配合像素时钟将LCD显示缓存中的bit数据以bit读出。婶泗王!。地址转换Ir一.皇.预充电识别I及数据打包l数据存入接收缓存(a)接收模块程序流程《电子技术应用》年第卷第期开始缓存监控显示缓存司童翌读取接收缓存内数据写SDRAM操作图主要软件模块程序流图兰一读sDRAM’l操作数据存人显示缓存SDRAM刷新操作(b)sDRAM操作机制p万方数据实验验证本设If采卅的s卟^M的I。作时钟却MHz.为r碱少肄班时钟造J芷的劓题rPc^的糸境l:怍时钟世采埔r相删%半的r作时神并Ⅱ啦功地啦川于基特薮导航前进的理蜜抖自柏寓现t在衙迪幽像MⅢ中.^RM与Il’挖制器之阿的教据*为MHh.屏幕采川rIlt婪耐T^IslsXGlIgrHⅢ弓的T町一IfDM苹器.DW精的丹晰率为Ix.像索时忡为”蛮验结果证明.£D控科器的上作性堍良好.肼辑娃Ⅲ清晰豫£利坩thop”o舻抽取t姜的敏删如囝所示抽取结果址示.接收刊的^IlM救掘缝娃绍帧晟后lI:确地产牛r用于是m的敷谳*%BB*HⅧ奉戈升缚r新喇商分辨半l£u控制器.钾次了火僻辞姓小所需的高崭新翠和高世新半川聪.Il时.霉个内部舒仃嚣使拜立持各神剁峙的Lc址示器.井已成功地蜥动丁蓝寸豹IfD轻“器参考文m【JlELIcnlt、I【ssc}叭一晌f、I‘Hmnlmmr’nufRlM【Ji二Ⅱ判最唰抖w*#十Fpc^的一**s*m水皋$《%【J】mr技术RJ.。()『l^nNssMn小IkmuIIIn州mI舢Ⅲhm【hIa}啪kIR}】半n.f#.#急sDR^M摊科#mj^澄{}与g现lJl‘brTⅣf)l目忐*.t盘“.r*#尊媾r^MII^%&^式#色Lcn控制的mifm眦^宴驯J】mf#”.l(啦磕H期:一m一】作者简介:肄重.男.I%{《iH究生.{i*究*向lU路b最境^自}*珥.I僻l{m.博十*充£f“".}《m兜^向:伯母蛙^眭rH^采蟪政lf障曦.J.tFt《”*n..R竹£*“R自M:啦^式最缝*发设汁。&*“I转化为m扶。堆资源丹冠的方式降低r联合贷谭分冠竹轻杂度。柑比下DsP^M^s^算法.泼弹法隧m一定租废l提升乐统的靠盛牲能.H蜱端n并行址理机制徒有教拦岛最境资源讣配嫂阜.蜓符台分布式川川l一儿)’l最坑的设计思路。然新.m:泼算法需要川产终埘眨碛仝酃幅I.m此压溃仆铺蝙大.这在定程鹰l。制约丁系统的可霉理性.如何降低霉维联台分配算法的眨谛玎销将是琶肯F步的研究打阳参考文献孙删shId”s.m啪川"xxIh帆IDlnhldIIunlrIaarrhIINlumhr“lIlJmIMJl’Iilml~fclIEFFnⅢmoM^%Ⅻnr:l|f】smmNE.Ⅻ圳EKHOvlNcENTHHaIlJⅢnlⅢld、、I川一"IvⅢnⅢkrlIvIJnb『c【PfWlHFElq.(sP.、讪a:fh“#n虬l』、undM蹁舢轴山o#un岍山wn‰k‘{LtⅢrtvorfllsInhkddnlenn.IwIhramIonI|】一“I州岫lfc】EEElccMc如:【】m镕zmn“mJ。蚰#zh州伽.hnw帆dt:aflnna}Ym..f#’m一}z“dm山l“lInI州uJppH劬Ii‘In胁【clIhlEEEIc心!‘瑚.I噼:Sl、"itJ、EO目、lFKI{(}.、I、CENTH.clalf’^mI’lJlH川Ⅲ)帅“ⅢwmHm姗nnH【c】儿sⅡ瘦迎问上投稿www.chinaaet.com【一bCanq血:fshenzuhnR^IuIlPaanmulllrhn^l”mlⅢⅢⅧ“^l"m“us^:IhhIYnInfhxn}】玛月悔群跃叫橡m坤多mr|^"^OFIⅢ乐境十X缱。Jr载&升&算&fJlBq"Ⅸ.J:l一『l*帆针$式、IlM(一n)M时n半"&与nmH制技$【l&部:自f科技失{^GKuC}{ENCRSMI】RflIHDiIcmhⅢmallonhvBl^针lm刊trUMMlM、I川nh"INlJ"Ⅲl“grhⅢP川’mⅥt"ln'comm州I、HI』mfl一IOI^"ELcnRFKBK眦Y川EN"nz删muInf"armu】川MrlM叩【cI蚶^【】.s、dn“^u【捌Ⅲ叫:“一(“%H脯:一作者柏丹:珥《蛾女“年々博i{:g究疗向^拽。J#自酒信挂术踩镕."l雠fm.Ⅲt主翌日充^目:£a悻动A信拄术I^q.目.Jlt“^拦.Ⅸ#.tg日R^自:t线与社动道f^接术《电子技术应用n年第卷第期万方数据新型高分辨率LCD控制器的设计与实现作者:陈重李浩陈曦ChenZhongLiHaoChenXi作者单位:电子科技大学电子科学技术研究院,四川成都,刊名:电子技术应用英文刊名:APPLICATIONOFELECTRONICTECHNIQUE年卷(期):,()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaldzjsyyaspx

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