一種基于FPGA和DSP的圖行顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 提出了一種基于DSP和FPGA的圖行顯示控制系統(tǒng)，以及系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)方法和思想。硬件上充分利用DSP高速計(jì)算和FPGA并行處理特點(diǎn);軟件上給出了圖形圖像、漢字字符等的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。通過(guò)鍵盤輸入和圖形圖像顯示的功能，系統(tǒng)驗(yàn)證表明，系統(tǒng)可以滿足圖像、正弦波、三角波等較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)圖形的顯示，效果良好。

關(guān)鍵詞 DSP;FPGA;圖像顯示控制

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)交互、圖形圖像數(shù)據(jù)的輸出顯示在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中越來(lái)越重要，一方面要求各種參數(shù)的輸入，另一方面要求將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)顯示出來(lái)。文中設(shè)計(jì)的基于DSP和FPGA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互和各種圖形圖像的輸出顯示，而且可以達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的效果。在設(shè)計(jì)上采用了軟件填充的圖形設(shè)計(jì)方法，先由DSP生成全局?jǐn)?shù)據(jù)緩沖區(qū)，填充要繪制的圖形，之后通過(guò)DSP的EDMA傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)顯示屏的接口不斷掃描，將數(shù)據(jù)送到顯示屏顯示。同時(shí)FPGA連接鍵盤接口，通過(guò)掃描法掃描鍵值，之后通過(guò)中斷方式送到DSP，使DSP對(duì)各種輸入進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1 系統(tǒng)功能

為實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)的基本功能，系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過(guò)鍵盤輸入各種鍵值，選擇或輸入各種參數(shù)，因此設(shè)計(jì)了6×6的矩陣鍵盤，可以輸入26個(gè)英文字母和0～9共10個(gè)數(shù)字，鍵盤的接口連在FPGA上，F(xiàn)PGA將掃描到的鍵值以中斷方式送到DSP，DSP根據(jù)輸入的參數(shù)進(jìn)行處理。

對(duì)于顯示部分，系統(tǒng)要求提供各種驅(qū)動(dòng)函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)點(diǎn)、畫(huà)線、畫(huà)方框、畫(huà)矩形、填充矩形、畫(huà)橢圓、填充橢圓、畫(huà)圓、填充圓、顯示漢字、數(shù)字、英文字符以及圖標(biāo)Logo等功能，在這些基本畫(huà)圖函數(shù)的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜圖形的顯示。

總的實(shí)現(xiàn)方式是在DSP內(nèi)部開(kāi)辟一緩沖數(shù)據(jù)區(qū)，DSP將要輸出的圖形數(shù)據(jù)填充至數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，需要顯示時(shí)，DSP啟動(dòng)EDMA，通過(guò)總線將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送至FPGA，在FPGA內(nèi)開(kāi)辟一雙口RAM，一端接收DSP傳輸?shù)木彌_區(qū)的數(shù)據(jù)，保存在雙口RAM中，另一端將雙口RAM中保存的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)讀出，以不斷掃描的方式按照顯示屏的時(shí)序?qū)?shù)據(jù)顯示在顯示屏上。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

DSP具有高速處理的特點(diǎn)，運(yùn)算速度快、FPGA并行處理能力強(qiáng)，常用于設(shè)計(jì)一些接口。DSP和FPGA相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)，能充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，選用各種復(fù)雜的系統(tǒng)。

顯示控制系統(tǒng)采用的DSP是TI公司的，它是TI公司推出的一款高性能的數(shù)字信號(hào)處理器。FPGA采用的是Altera公司Cyclone系列的一款芯片EP3C78017，這是一款高性價(jià)比的FPGA芯片。FPGA和DSP通過(guò)DSP的外部總線接口EMIF連接。為便于系統(tǒng)的擴(kuò)張，將FPGA映射在DSP的CE2和CE3的地址空間，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器映射地址分別為0xA0000000和0xB0000000。

由于要加載字庫(kù)，系統(tǒng)需要大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)字庫(kù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而DSP的內(nèi)部RAM只有不到200 kB，因此需要擴(kuò)展系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)外掛了一個(gè)SDRAM，它依然通過(guò)DSP的EMIF接口和DSP相連接，連接在DSP的CE0空間，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器映射地址為0x80000000，SDRAM的型號(hào)為MT48LC2M32BTG。

顯示屏是640×480點(diǎn)陣的EL LCD寬溫顯示屏，其上下半屏同時(shí)掃描的雙掃描單色顯示屏，由于寬溫特性，多用在工業(yè)和軍事中，型號(hào)是EL640.480 AF1 ET。