基于FPGA的SOC外部組件控制器IP的設計

控制電路（Control Circuit）是lcd_fct 的核心。它控制數據輸入寄存器（Data_in Register）、數據輸出寄存器（Data_out Register）、狀態(tài)寄存器（State Register）、控制寄存器（Control Register）和時(shí)間常數寄存器（Time Constant Register）?？刂齐娐犯鶕噶顦酥竞蜁r(shí)序來(lái)操作不同的寄存器，實(shí)現lcd_fct 的管理和運行。

數據輸入寄存器接受來(lái)自MP 的數據并根據需要送數據到數據輸出寄存器。數據輸出寄存器把數據通過(guò)數據線(xiàn)lcd_db 送到LCD 模塊的數據總線(xiàn)上。這個(gè)數據既可能是要顯示的數據，也可能是指令。

控制寄存器產(chǎn)生操作LCD 的控制信號，如LCD 中選信號（lcd_e）、LCD 內部寄存器選擇信號（lcd_rs）和LCD 讀寫(xiě)信號（lcd_r_w）。

狀態(tài)寄存器在LCD 處于工作下，會(huì )產(chǎn)生LCD 繁忙信號（lcd_busy）。這意味著(zhù)，LCD 此時(shí)不會(huì )接受其它指令。與其它信號不同，lcd_busy 是發(fā)送給MP 的。

實(shí)際上lcd_fct 的運行操作主要是對各種控制、狀態(tài)和數據信號進(jìn)行管理。

4 FPGA 設計和仿真

在 lcd_fct 的FPGA 設計中，主要采用的VHDL 語(yǔ)言的程序設計［7］、MAX Plus－II 仿真以及SOC 和LCD 的實(shí)際連接調試。lcd_fct 的HVDL 設計框架如下：
Library
Entity lcd_fct is
Port( );
End lcd_fct;
Architecture struct of lcd_fct is
Signal
Constant
Begin
Res: process;
Clk :clk_div;
LCD: process;
Begin
If init then
Initialization;
Elsif clr then
Clear LCD;
Elsif addr then
Write address to LCD RAM;
Elsif data then
Write data to LCD RAM;
End if;
End process;
Us: ustimer;
Ms: mstimer;
End struct;
LCD 控制器IP 模塊lcd_fct 的仿真結果如圖3 所示。在圖中左側的信號就是lcd_fct 的輸入／
輸出信號。

圖 3 lcd_fct 的功能仿真

當把write_e 設置成高電平時(shí)，指令寫(xiě)入lcd_fct。對于讀寫(xiě)控制信號lcd_r_w 來(lái)說(shuō)，低電平為寫(xiě)操作，高電平為讀操作。由于該仿真都是lcd_fct 對LCD 進(jìn)行寫(xiě)操作，lcd_r_w 始終為低電平。圖中通過(guò)addrin 的變化來(lái)代表不同的指令。

在addrin 等于7FFF 時(shí)，lcd_db 被賦值01。這意味著(zhù)LCD 被清屏。當addrin 等于7FFE，且data_in 送入31 時(shí)，lcd_db 被賦值31，LCD 就會(huì )顯示“1”。 Addrin 被設置成7FFD，且data_in 等于8 時(shí)，被顯示的字符將出現在顯示屏的第8 個(gè)字符的位置，實(shí)現了定位顯示功能。

當addrin 被賦值7FFC 時(shí)，LCD 被初始化。初始化包括功能設置、關(guān)閉顯示、打開(kāi)顯示、清屏、顯示移位和工作方式設置等操作。

由此可見(jiàn)，只要在SOC 的MP 中加入適當的指令，可以對addrin 進(jìn)行控制，SOC 就可以完成對LCD 的管理。由于本設計中SOC 的MP 是可重配置MP，添加或修改指令是不存在問(wèn)題的。仿真表明，lcd_fct 的設計達到了設計目標，操作結果是令人滿(mǎn)意的。一般的LCD 程序控制完成一項操作（如初始化）需要執行多條軟件指令。用FPGA 設計的lcd_fct 只要一條指令就能完成相應的操作，而且是硬件運行，效率提高了許多倍。

5 結論

組件控制器的設計是SOC 設計的重要組成部分。采用FPGA 是完成組件控制器設計的有效手段。通過(guò)LCD 控制器的設計和仿真，說(shuō)明基于FPGA 的組件控制器可以用一條指令完成原來(lái)許多條指令才能完成的操作，可以大大提高系統的運行效率。因此，這是一項有意義的工作。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)在于把FPGA 設計和SOC 的組件控制器聯(lián)系起來(lái)，并通過(guò)一個(gè)具體例子介紹了如何設計單指令驅動(dòng)的組件控制器。