基于嵌入式的顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

基于嵌入式CPUS3C2440VGA顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：基于VGA接口時(shí)序，以高性能視頻D/A芯片ADV7120為核心。實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式CPUS3C2440VGA顯示子系統(tǒng)。系統(tǒng)一方面運(yùn)用S3C2440自帶LCD控制器產(chǎn)生符合VGA顯示規(guī)定期序邏輯，另一方面通過(guò)LCD數(shù)據(jù)線將數(shù)字RGB信號(hào)傳遞給具備8路通道視頻D/A芯片ADV7120，產(chǎn)生VGA顯示需要模仿色彩信號(hào)。通過(guò)TFTLCD掃描顯示時(shí)序與VGA掃描顯示時(shí)序匹配，驅(qū)動(dòng)VGA顯示屏。該系統(tǒng)可以達(dá)到正常顯示色彩信息規(guī)定，且價(jià)格低廉，合用于對(duì)顯示效果規(guī)定不苛刻，但規(guī)定大尺寸顯示屏且對(duì)價(jià)格敏感嵌入式應(yīng)用中。當(dāng)前諸多SOC廠商微解決器芯片都集成了LCD控制器，如三星公司S3C2410.S3C2440，IntelXscale系列等。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)也采用流行LCD顯示技術(shù)。但是在需要大屏幕顯示、對(duì)辨別率規(guī)定不高場(chǎng)合，如車間、廠房，采用大屏幕LCD則成本過(guò)高。另一方面，VGA顯示技術(shù)由于技術(shù)發(fā)展成熟，成本低廉，仍在被大量使用，直到今天它仍是所有顯示終端最為成熟原則接口。如果讓嵌入式解決器直接支持VGA顯示屏，則能很大地運(yùn)用既有資源，節(jié)約系統(tǒng)成本。1基于S3C2440VGA顯示技術(shù)分析通過(guò)度析VGA顯示技術(shù)時(shí)序邏輯與S3C2440內(nèi)部集成LCD控制器驅(qū)動(dòng)TFTLCD時(shí)序邏輯，找出它們共同點(diǎn)，分析在S3C2440上應(yīng)用VGA顯示接口可行性。1.1VGA顯示原理VGA（VideoGraphicsArrnay）是IBM公司提出當(dāng)前依然廣泛應(yīng)用于PC顯示接口。該接口具備辨別率高、顯示速率快、顏色豐富等長(zhǎng)處，在彩色顯示屏領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。VGA接口在物理上體現(xiàn)為DB15插座，其中VGA適配器端使用是陰性DB15原則接口。其引腳定義如表1所示。表1VGA適配器引腳定義VGA接口使用模仿RGB通道，逐點(diǎn)、逐行掃描。其時(shí)序如圖1所示。VGA接口信號(hào)為模仿信號(hào)，其核心信號(hào)有5個(gè)，分別是HorizontalSync水平同步信號(hào)（也叫行同步信號(hào)），垂直同步信號(hào)VerticalSync（也叫場(chǎng)同步信號(hào)），紅色模仿信號(hào)，綠色模仿信號(hào)和籃色模仿信號(hào)。電子槍從左至右，從上而下進(jìn)行掃描，每行結(jié)束時(shí)，用行同步信號(hào)進(jìn)行同步。掃描完所有行后用場(chǎng)同步信號(hào)進(jìn)行場(chǎng)同步。因電子槍偏轉(zhuǎn)需要時(shí)間，因此掃完回轉(zhuǎn)中，要對(duì)電子槍進(jìn)行消隱控制，在每行結(jié)束后回轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行行消隱，在每場(chǎng)結(jié)束后回轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行場(chǎng)消隱。消隱過(guò)程中不發(fā)送電子束。圖1VGA掃描時(shí)序1.2TFTLCD顯示屏掃描時(shí)序分析基于ARM920T內(nèi)核S3C2440芯片外圍集成了LCD控制器，LCD控制器被用來(lái)向LCD傳播圖像數(shù)據(jù)，并提供必要控制信號(hào)，例如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。除此之外，LCD控制器還涉及一組控制寄存器：LCDCON1寄存器、LCDCON2寄存器、LCDCON3寄存器、LCDCON4寄存器、LCDCON5寄存器。這些寄存器設(shè)立與顯示屏信息、控制時(shí)序和數(shù)據(jù)傳播格式等密切有關(guān)，在設(shè)計(jì)中需要依照顯示設(shè)備詳細(xì)信息對(duì)的設(shè)立這些寄存器才干使S3C2440正?？刂乞?qū)動(dòng)不同顯示屏。典垂TFT液晶顯示屏掃描對(duì)序如圖2所示。圖2典型TFTLCD掃描時(shí)序其中重要涉及：1）幀（垂直）同步（VSYNC）：用高電平（或低電平）表達(dá)掃描一幀起始。2）行（水平）同步（HSYNC）：用高電平（或低電平）表達(dá)掃描一行起始。3）時(shí)鐘（VCLK）：通過(guò)上升沿（或下降沿）把數(shù)據(jù)寫入液晶屏。4）數(shù)據(jù)有效控制（VDEN）：表達(dá)與否啟動(dòng)TFT輸出。5）數(shù)據(jù)信號(hào)（VD）：表達(dá)每個(gè)點(diǎn)顏色，普通有16位、18位、24位等模式。通過(guò)對(duì)比VGA接口時(shí)序和TFTLCD液晶顯示屏掃描時(shí)序，可以看出它們很相似。這就為用LCD控制器驅(qū)動(dòng)VGA顯示屏提供了內(nèi)在也許性。并且一旦實(shí)現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)接方案，由于是由硬件實(shí)現(xiàn)兩種接口電氣轉(zhuǎn)換，不需要寫任何驅(qū)動(dòng)程序，是在嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上擴(kuò)展VGA接口最以便方案。比較兩種接口特性，要實(shí)現(xiàn)從TFT時(shí)序到VGA時(shí)序轉(zhuǎn)換，需要解決向題有：1）TFT液晶掃描同步信號(hào)和VGA同步信號(hào)電平問(wèn)題。2）TFT液晶控制器輸出是RGB數(shù)字接口，而VGA紅綠藍(lán)通道時(shí)模仿量，兩者需要通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換。使用D/A要考慮轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換通道數(shù)等問(wèn)題。其中，為滿足真彩色（24位）規(guī)定，8位轉(zhuǎn)換精度就可以?；赩GA對(duì)幀頻規(guī)定，每個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換頻率必要不不大于27MHz，同步，必要至少有3個(gè)通道同步轉(zhuǎn)換，以滿足紅綠藍(lán)（RGB）3個(gè)通道輸出。針對(duì)這種轉(zhuǎn)換D/A普通稱為視頻D/A，本設(shè)計(jì)采用ATI公司視頻D/A芯片ADV7120。1.3ADV7120簡(jiǎn)介ADV7120是美國(guó)ADI公司生產(chǎn)高速視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其像素掃描時(shí)鐘頻率有30、50、80MHz3個(gè)級(jí)別。ADV7120在單芯片上集成了3個(gè)獨(dú)立8位高速D/A轉(zhuǎn)換器，可以分別解決紅、綠、藍(lán)視頻數(shù)據(jù)，特別合用于高辨別率模仿接口顯示終端和規(guī)定高速D/A轉(zhuǎn)換應(yīng)用系統(tǒng)。ADV7120輸入及控制信號(hào)非常簡(jiǎn)樸：3組8位數(shù)字視頻數(shù)據(jù)輸入端，分別相應(yīng)RGB視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入端采用原則TTL電平接口；4條視頻控制信號(hào)線涉及復(fù)合同步信號(hào)SYNC、消隱信號(hào)BLANK、白電平參照信號(hào)REFWHITE和像索時(shí)鐘信號(hào)CLOCK;外接一種1.23V數(shù)模轉(zhuǎn)換參照電壓源和1個(gè)輸出滿度調(diào)節(jié)。只有4條輸出信號(hào)線：模仿RGB信號(hào)采用高阻電流源輸出方式，可以直接驅(qū)動(dòng)75Ω同軸傳播線；同步參照電流輸出信號(hào)Isync用來(lái)在綠視頻模仿信號(hào)中編碼視頻同步信息。2VGA接口電路設(shè)計(jì)

如前所述，VGA接口時(shí)序和LCD掃描式接口時(shí)序是一致，運(yùn)用ADV7120構(gòu)成TFT液晶時(shí)序到VGA接口轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)造框圖如圖3所示。圖3VGA接口電路構(gòu)成框圖依照ADV7120數(shù)據(jù)手冊(cè)，ADV7120對(duì)參照電平規(guī)定度很高，不能以電阻分壓電路代替。本設(shè)計(jì)中采用了1.235V電壓基準(zhǔn)芯片AD589來(lái)產(chǎn)生參照電壓。3VGA顯示模式選取及S3C2440LCDcontroller中相應(yīng)控制寄存器設(shè)立最初VGA顯示包括幾種模式，最初VGA辨別率被定義為640x480，接著更高辨別率SVGA、XVGA等原則在此基本上被提出，接口上都兼容VGA原則，因此，習(xí)慣上把所有這種接口都稱為VGA接口。不同顯示模式相應(yīng)VGA時(shí)序中時(shí)間參數(shù)不同，選定一種顯示模式后，就要配備LCD控制器，使其產(chǎn)生時(shí)序參數(shù)符合VGA模式規(guī)定，這樣才干成功驅(qū)動(dòng)VGA接口，否則VGA顯示端會(huì)閃爍、模糊甚至不顯示。在這里選取辨別率為640x480、刷新頻率為60Hz、16位彩色VGA顯示模式，并在此模式下完畢對(duì)LCD控制器有關(guān)寄存器配備。使LCD控制器輸出時(shí)序邏輯能符合該模式下VGA顯示規(guī)定。在該模式下VGA接口同步信號(hào)時(shí)序如圖4所示。圖4VGA接口同步信號(hào)時(shí)序下面依照?qǐng)D4VGA接口同步信號(hào)時(shí)序?qū)χ匾狶CD控制器中控制寄存器進(jìn)行配備：1）LCDCON1寄存器CLKVAL：擬定VCLK頻率參數(shù)。公式為VCLK-HCLK/［（CLKVAL+1）x2］。在本設(shè)計(jì)中S3C2440HCLK=100MHz，顯示屏需要VCLK=20MHz，故需設(shè)立CLKVAL=1.BPPMODE：擬定BPP（每像素位散）。選取BPPMODE=0xC，即選取TFT16位模式。2）LCDCON2寄存器VBPD：擬定幀同步信號(hào)和幀數(shù)據(jù)傳播前時(shí)延，是幀數(shù)據(jù)傳播前延遲時(shí)間和行同步時(shí)鐘間隔寬度比值，參照?qǐng)D4中時(shí)間數(shù)據(jù)可知，VBPD=t3/t6=1.02ms/31.77μs=32.LINEVAL：擬定顯示垂直方向大小。公式：LINEVAL=YSIZE-1=479.VFPD：擬定幀數(shù)據(jù)傳播完畢后到下一幀同步信號(hào)到來(lái)一段延時(shí)，是幀數(shù)據(jù)傳播后延遲時(shí)間和行同步時(shí)鐘間隔寬度比值，參照?qǐng)D4中時(shí)間數(shù)據(jù)可知，VFPD=t5/t6=0.35ms/31.77μs=11.VSPW：擬定幀同步時(shí)鐘脈沖寬度，是幀同步信號(hào)時(shí)鐘寬度和行同步時(shí)鐘間隔寬度比值。如圖4，VSPW=t2/t6=0.06ms/31.77μs=2.3）LCDCON3寄存器HBPD：擬定行同步信號(hào)和行數(shù)據(jù)傳播前一段延時(shí)，描述行數(shù)據(jù)傳播前延遲時(shí)間內(nèi)VCLK脈沖個(gè)數(shù)，如圖4，VBPD=t7xVCLK=1.89μsx25MHz=47.HOZAL：擬定顯示水平方向尺寸。這里HOZAL=XSIZE-1=639.HFPD：擬定行數(shù)據(jù)傳播完畢后到下一行同步信號(hào)到來(lái)一段延遲時(shí)間，描述行數(shù)據(jù)傳播后延遲時(shí)間內(nèi)VCLK脈沖個(gè)數(shù)，如圖4，HFPD=t9xVCLK=0.94μsx25MHz=24.4）LCDCON4寄存器HSPW：擬定行同步時(shí)鐘脈沖寬度。描述行同步脈沖寬度時(shí)間內(nèi)VCLK脈沖個(gè)數(shù)，如圖4，HSPW=3.77μsx25MHz=94.5）LCDCON5寄存器BPP24BL：擬定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。此處設(shè)立BPP24BL=0x0，即選取小端模式存儲(chǔ)FRM565：擬定16位數(shù)據(jù)輸出格式。設(shè)立FRM565=0x1，即選取5:6：5輸出格式。通過(guò)如上方式設(shè)計(jì)VGA接口電路并相應(yīng)設(shè)立LCD控制器寄存器，實(shí)現(xiàn)了LCD數(shù)字輸出與D/A轉(zhuǎn)換無(wú)縫連接，不需要任何額外驅(qū)動(dòng)程序就可以將本來(lái)在LCD上輸出圖像信息輸出到VGA顯示屏上。4測(cè)試與結(jié)論本設(shè)計(jì)通過(guò)度析VGA接口時(shí)序與S3C2440TFTLCD接口時(shí)序相似點(diǎn)，論證了用S3C2440自帶LCDcontroler來(lái)驅(qū)動(dòng)V