基于SOPC的通用TFT-LCD控制器IP核設(shè)計

　　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，色彩飽和度高，還原能力強(qiáng)和對比度高等特點(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)動器之間的接口部件，對LCD屏提供時序信號和顯示數(shù)據(jù)，用來控制數(shù)據(jù)在LCD屏幕上的顯示，是LCD系統(tǒng)中重要的組成部分。現(xiàn)有的LCD控制器一般都由各個生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，通用性差，而軟件控制TFT-LCD會占用大量的處理器資源，使得系統(tǒng)的集成度不高。

　　SoPCBuilder是Altera公司實(shí)現(xiàn)SoPC概念的一款工具軟件，使得用戶可以通過自定義邏輯的方法方便地開發(fā)基于NiosⅡ的SoPC系統(tǒng)。So-PCBuilder集成在EDA工具QuartusⅡ中，提供NiosⅡ處理器及一些常用外設(shè)接口，用于組建一個在模塊級和組件級定義的系統(tǒng)，能夠自動生成片上總線和總線仲裁器等所需的邏輯�；�于SoPC的設(shè)計在很大程度上依賴于利用集成電路IP(intellectualproperty)。集成電路IP是指經(jīng)過預(yù)先設(shè)計、預(yù)先驗(yàn)證、符合產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)同的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，具有相對獨(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，用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)控制器的邏輯功能，這種參數(shù)化的組件設(shè)計具有很強(qiáng)的通用性和兼容性。

　　1 通用冊LCD控制器總體設(shè)計

　　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LCD控制器來完成對顯示驅(qū)動器的控制，最終實(shí)現(xiàn)LCD屏的點(diǎn)亮操作。由于LCD顯示驅(qū)動器只是一個被動系統(tǒng)，還需要有控制電路提供驅(qū)動系統(tǒng)所必須的掃描時序信號和顯示數(shù)據(jù)。處理器通過對LCD控制器的操作，實(shí)現(xiàn)對LCD顯示掃描時序的設(shè)置和顯示數(shù)據(jù)的寫入，從而完成對LCD的顯示操作，其原理圖如圖1所示。

　　在SoPCBuilder中以自定義組件的形式對LCD控制器進(jìn)行設(shè)計，該控制器組件具有Avalon總線接口，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Avalon從端口對LCD控制器的寄存器組進(jìn)行配置，針對設(shè)計中幀緩存讀操作的特點(diǎn)，選擇以Avalon主端口接口的形式對幀緩存中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行主動讀取，并實(shí)現(xiàn)IP核參數(shù)化設(shè)計，提高控制器對于其他不同規(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)計思路是在SDRAM中開辟一段存儲空間，用來存放屏幕圖像數(shù)據(jù)，稱之為幀緩存。通過設(shè)計適當(dāng)?shù)挠布�邏輯來建立幀緩存與屏幕圖像像素之間一一對應(yīng)的關(guān)系，并配合LCD顯示所需的行、場時序信號，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。

　　LCD控制器的具體工作流程為刷新周期開始時，主端口模塊根據(jù)幀緩存地址生成邏輯所產(chǎn)生的地址完成主端口的讀操作，實(shí)現(xiàn)幀緩存中數(shù)據(jù)的讀取，并將該數(shù)據(jù)輸送給輸出緩沖模塊。同時，時序信號生成模塊依據(jù)LCD屏的時序規(guī)范生成行、場同步信號，以及與像素數(shù)據(jù)同步的相關(guān)顯示點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)。

　　設(shè)計的LCD控制器包含硬件光標(biāo)顯示模塊，所以在進(jìn)行最后屏幕顯示時，像素輸出控制邏輯有兩部分的數(shù)據(jù)來源，一部分為從幀緩存中讀取的屏幕數(shù)據(jù)；另一部分為硬件光標(biāo)的顯示數(shù)據(jù)。最后，像素輸出控制邏輯根據(jù)從端口模塊中各個系統(tǒng)寄存器內(nèi)的信息向LCD屏幕發(fā)送將要顯示的圖像數(shù)據(jù)。

　　2 硬件光標(biāo)模塊設(shè)計

　　硬件光標(biāo)模塊為LCD控制器設(shè)計帶鼠標(biāo)光標(biāo)的顯示功能，為系統(tǒng)開發(fā)中添加鼠標(biāo)接口提供了方便。光標(biāo)顯示的實(shí)現(xiàn)方式有硬件方式和軟件方式，軟件方式比較復(fù)雜，且占用大量的CPU處理時間；硬件方式