基于SOPC的通用TFT-LCD控制器IP核設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，液晶顯示器(LCD)具有功耗低，體積小，重量輕，超薄等許多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。TFT-LCD屏采用有源顯示方式，具有抗抖動(dòng)，色彩飽和度高，還原能力強(qiáng)和對(duì)比度高等特點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。在嵌入式系統(tǒng)中，LCD控制器是處理器與LCD顯示驅(qū)動(dòng)器之間的接口部件，對(duì)LCD屏提供時(shí)序信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)，用來(lái)控制數(shù)據(jù)在LCD屏幕上的顯示，是LCD系統(tǒng)中重要的組成部分?，F(xiàn)有的LCD控制器一般都由各個(gè)生產(chǎn)廠家自行開(kāi)發(fā)，通用性差，而軟件控制TFT-LCD會(huì)占用大量的處理器資源，使得系統(tǒng)的集成度不高。
SoPC Builder是Altera公司實(shí)現(xiàn)SoPC概念的一款工具軟件，使得用戶(hù)可以通過(guò)自定義邏輯的方法方便地開(kāi)發(fā)基于NiosⅡ的SoPC系統(tǒng)。So-PC Builder集成在EDA工具QuartusⅡ中，提供NiosⅡ處理器及一些常用外設(shè)接口，用于組建一個(gè)在模塊級(jí)和組件級(jí)定義的系統(tǒng)，能夠自動(dòng)生成片上總線(xiàn)和總線(xiàn)仲裁器等所需的邏輯。基于SoPC的設(shè)計(jì)在很大程度上依賴(lài)于利用集成電路IP(intellectual property)。集成電路IP是指經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)、預(yù)先驗(yàn)證、符合產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)同的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具有相對(duì)獨(dú)立，并可以重復(fù)利用的電路模塊或子系統(tǒng)。本文中提出一種基于SoPC的參數(shù)化TFT-LCD控制器IP核設(shè)計(jì)，用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)控制器的邏輯功能，這種參數(shù)化的組件設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的通用性和兼容性。

1 通用冊(cè)LCD控制器總體設(shè)計(jì)
在嵌入式系統(tǒng)中，LCD控制器是非常重要的片上外圍設(shè)備，處理器通過(guò)LCD控制器來(lái)完成對(duì)顯示驅(qū)動(dòng)器的控制，最終實(shí)現(xiàn)LCD屏的點(diǎn)亮操作。由于LCD顯示驅(qū)動(dòng)器只是一個(gè)被動(dòng)系統(tǒng)，還需要有控制電路提供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所必須的掃描時(shí)序信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)。處理器通過(guò)對(duì)LCD控制器的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD顯示掃描時(shí)序的設(shè)置和顯示數(shù)據(jù)的寫(xiě)入，從而完成對(duì)LCD的顯示操作，其原理圖如圖1所示。

在SoPC Builder中以自定義組件的形式對(duì)LCD控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，該控制器組件具有Avalon總線(xiàn)接口，可以很容易地將其與其他標(biāo)準(zhǔn)IP核一起構(gòu)建以。NiosⅡCPU為核心的片上系統(tǒng)。NiosⅡ處理器通過(guò)Avalon從端口對(duì)LCD控制器的寄存器組進(jìn)行配置，針對(duì)設(shè)計(jì)中幀緩存讀操作的特點(diǎn)，選擇以Avalon主端口接口的形式對(duì)幀緩存中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)讀取，并實(shí)現(xiàn)IP核參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高控制器對(duì)于其他不同規(guī)格TFT液晶屏的復(fù)用性。該控制器還包含硬件光標(biāo)功能，為添加外部鼠標(biāo)設(shè)備接口提供了方便。LCD控制器的具體設(shè)計(jì)思路是在SDRAM中開(kāi)辟一段存儲(chǔ)空間，用來(lái)存放屏幕圖像數(shù)據(jù)，稱(chēng)之為幀緩存。通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)挠布壿媮?lái)建立幀緩存與屏幕圖像像素之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并配合LCD顯示所需的行、場(chǎng)時(shí)序信號(hào)，將幀緩存中的數(shù)據(jù)不斷地輸給LCD，用以完成最終的顯示刷新。LCD控制器總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。