基于SOPC的通用TFT-LCD控制器IP核設計

隨著(zhù)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，還原能力強和對比度高等特點(diǎn)，在嵌入式系統中具有廣泛的應用前景。在嵌入式系統中，LCD控制器是處理器與LCD顯示驅動(dòng)器之間的接口部件，對LCD屏提供時(shí)序信號和顯示數據，用來(lái)控制數據在LCD屏幕上的顯示，是LCD系統中重要的組成部分?，F有的LCD控制器一般都由各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)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，使得系統的集成度不高。
SoPC Builder是Altera公司實(shí)現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。So-PC Builder集成在EDA工具QuartusⅡ中，提供NiosⅡ處理器及一些常用外設接口，用于組建一個(gè)在模塊級和組件級定義的系統，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的設計在很大程度上依賴(lài)于利用集成電路IP(intellectual property)。集成電路IP是指經(jīng)過(guò)預先設計、預先驗證、符合產(chǎn)業(yè)界普遍認同的設計規范和設計標準，具有相對獨立，并可以重復利用的電路模塊或子系統。本文中提出一種基于SoPC的參數化TFT-LCD控制器IP核設計，用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現控制器的邏輯功能，這種參數化的組件設計具有很強的通用性和兼容性。

1 通用冊L(fǎng)CD控制器總體設計
在嵌入式系統中，LCD控制器是非常重要的片上外圍設備，處理器通過(guò)LCD控制器來(lái)完成對顯示驅動(dòng)器的控制，最終實(shí)現LCD屏的點(diǎn)亮操作。由于LCD顯示驅動(dòng)器只是一個(gè)被動(dòng)系統，還需要有控制電路提供驅動(dòng)系統所必須的掃描時(shí)序信號和顯示數據。處理器通過(guò)對LCD控制器的操作，實(shí)現對LCD顯示掃描時(shí)序的設置和顯示數據的寫(xiě)入，從而完成對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LCD控制器進(jìn)行設計，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準IP核一起構建以。NiosⅡCPU為核心的片上系統。NiosⅡ處理器通過(guò)Avalon從端口對LCD控制器的寄存器組進(jìn)行配置，針對設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據進(jìn)行主動(dòng)讀取，并實(shí)現IP核參數化設計，提高控制器對于其他不同規格TFT液晶屏的復用性。該控制器還包含硬件光標功能，為添加外部鼠標設備接口提供了方便。LCD控制器的具體設計思路是在SDRAM中開(kāi)辟一段存儲空間，用來(lái)存放屏幕圖像數據，稱(chēng)之為幀緩存。通過(guò)設計適當的硬件邏輯來(lái)建立幀緩存與屏幕圖像像素之間一一對應的關(guān)系，并配合LCD顯示所需的行、場(chǎng)時(shí)序信號，將幀緩存中的數據不斷地輸給LCD，用以完成最終的顯示刷新。LCD控制器總體結構如圖2所示。