ARM处理器S3C2440的VGA显示系统设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 ARM处理器S3C2440的VGA显示系统设计 目前很多SOC厂商的微处理器芯片都集成了LCD控制器，如三星公司的S3C2410.S3C2440,Intel的Xscale系列等。大多数嵌入式系统也采用流行的LCD显示技术。但是在需要大屏幕显示、对分辨率要求不高的场合，如车间、厂房，采用大屏幕LCD则成本过高。另一方面，VGA显示技术因为技术发展成熟，成本低廉，仍在被大量使用，直到今天它仍是所有显示终端为成熟的标准接口。如果让嵌入式处理器直接支持VGA显示器，则能很大地利用现有资源，节约系统成本。 1 基于S3C2440的VGA显示技术分析 通过分析VGA显示技术

2、的时序逻辑与S3C2440内部集成LCD控制器驱动TFT LCD的时序逻辑，找出它们的共同点，分析在S3C2440上应用VGA显示接口的可行性。 1.1 VGA显示原理 VGA（Video Graphics Arrnay）是IBM公司提出的目前仍然广泛应用于PC的显示接口。该接口具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。VGA接口在物理上表现为DB15的插座，其中VGA适配器端使用的是阴性DB15标准的接口。其引脚定义如下表1所示。 表1 VGA适配器引脚定义 VGA接口使用模拟RGB通道，逐点、逐行扫描。其时序如图1所示。VGA接口信号为模拟信号，其关键信号

3、有5个，分别是Horizontal Sync水平同步信号（也叫行同步信号），垂直同步信号Vertical Sync（也叫场同步信号），红色模拟信号，绿色模拟信号和篮色模拟信号。电子枪从左至右，从上而下的开展扫描，每行结束时，用行同步信号开展同步。扫描完所有的行后用场同步信号开展场同步。因电子枪偏转需要时间，所以扫完回转中，要对电子枪开展消隐控制，在每行结束后的回转过程中开展行消隐，在每场结束后的回转过程中开展场消隐。消隐过程中不发送电子束。 图1 VGA的扫描时序 1. 2 TFT LCD显示屏扫描时序分析 基于ARM920T内核的S3C2440芯片外围集成了LCD控制器，LCD控制器被用来向

4、LCD传输图像数据，并提供必要的控制信号，比方VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。除此之外，LCD控制器还包括一组控制存放器：LCDCON1存放器、LCDCON2存放器、LCDCON3存放器、LCDCON4存放器、LCD CON5存放器。这些存放器的设置与显示屏信息、控制时序和数据传输格式等密切相关，在设计中需要根据显示设备的具体信息正确设置这些存放器才能使S3C2440正常控制驱动不同的显示屏。 典垂的TFT液晶显示屏的扫描对序如图2所示。 图2 典型TFT LCD扫描时序 其中主要包括： 1）帧（垂直）同步（VSYNC）：用高电平（或低电平）表示扫描一帧的起始。 2）行（水平）同步

5、（HSYNC）：用高电平（或低电平）表示扫描一行的起始。 3）时钟（VCLK）：通过上升沿（或下降沿）把数据写入液晶屏。 4）数据有效控制（VDEN）：表示是否开启TFT输出。 5）数据信号（VD）：表示每个点的颜色，通常有16位、18位、24位等模式。 通过比照VGA接口的时序和TFT LCD液晶显示屏的扫描时序，可以看出它们很相似。这就为用LCD控制器驱动VGA显示屏提供了内在的可能性。而且一旦实现了这种转接方案，由于是由硬件实现的两种接口的电气转换，不需要写任何驱动程序，是在嵌入式系统平台上扩展VGA接口的方便的方案。比较两种接口的特性，要实现从TFT时序到VGA时序的转换，需要解决的向

6、题有： 1）TFT液晶扫描同步信号和VGA同步信号的电平问题。 2）TFT液晶控制器的输出是RGB数字接口，而VGA的红绿蓝通道时模拟量，两者需要通过D/A转换。使用D/A要考虑转换精度、转换速度、转换通道数等问题。其中，为满足真彩色（24位）的要求，8位的转换精度就可以。基于VGA对帧频的要求，每个点的转换频率必须大于27 MHz,同时，必须至少有3个通道同时转换，以满足红绿蓝（RGB）3个通道的输出。 针对这种转换的D/A通常称为视频D/A,本设计采用ATI公司的视频D/A芯片ADV7120。 1.3 ADV7120简介 ADV7120是美国ADI公司生产的高速视频数模转换芯片，其像素扫描

7、时钟频率有30、50、80 MHz 3个等级。ADV7120在单芯片上集成了3个独立的8位高速D/A转换器，可以分别处理红、绿、蓝视频数据，特别适用于高分辨率模拟接口的显示终端和要求高速D/A转换的应用系统。 ADV7120的输入及控制信号非常简单：3组8位的数字视频数据输入端，分别对应RGB视频数据，数据输入端采用标准TTL电平接口；4条视频控制信号线包括复合同步信号SYNC、消隐信号BLANK、白电平参考信号REFWHITE和像索时钟信号CLOCK;外接一个1.23 V数模转换参考电压源和1个输出满度调节。只有4条输出信号线：模拟RGB信号采用高阻电流源输出方式，可以直接驱动75 同轴传输

8、线；同步参考电流输出信号Isync用来在绿视频模拟信号中编码视频同步信息。 2 VGA接口电路设计 如前所述，VGA接口的时序和LCD扫描式接口的时序是一致的，利用ADV7120组成的TFT液晶时序到VGA接口的转换模块构造框图如图3所示。 图3 VGA接口电路组成框图 根据ADV7120的数据手册，ADV7120对参考电平的要求度很高，不能以电阻分压电路代替。本设计中采用了1.235 V电压基准芯片AD589来产生参考电压。 3 VGA显示模式的选择及S3C2440 LCD controller中相应控制存放器的设置 初VGA的显示包含几种模式，初VGA的分辨率被定义为640 x480,接着

9、更高分辨率的SVGA、XVGA等标准在此根底上被提出，接口上都兼容VGA标准，所以，习惯上把所有这种接口都称为VGA接口。不同的显示模式对应的VGA时序中的时间参数不同，选定一种显示模式后，就要配置LCD控制器，使其产生的时序参数符合VGA模式的要求，这样才能成功驱动VGA接口，否则VGA显示端会闪烁、模糊甚至不显示。 在这里选择分辨率为640 x480、刷新频率为60 Hz、16位彩色的VGA显示模式，并在此模式下完成对LCD控制器相关存放器的配置。使LCD控制器输出的时序逻辑能符合该模式下VGA显示的要求。在该模式下VGA接口同步信号时序如图4所示。 图4 VGA接口同步信号时序 下面根据

10、图4的VGA接口同步信号时序对主要的LCD控制器中的控制存放器开展配置： 1）LCDCON1存放器 CLKVAL:确定VCLK频率的参数。公式为VCLK-HCLK/.在本设计中S3C2440的HCLK=100 MHz,显示屏需要VCLK=20MHz,故需设置CLKVAL=1. BPPMODE:确定BPP（每像素位散）。选择BPPMODE=0 xC,即选择TFT 16位模式。 2）LCDCON2存放器 VBPD:确定帧同步信号和帧数据传输前的时延，是帧数据传输前延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值，参照图4中的时间数据可知，VBPD=t3/t6=1.02 ms/31.77 s=32. LINEVA

11、L:确定显示的垂直方向大小。公式：LINEVAL=YSIZE-1=479. VFPD:确定帧数据传输完成后到下一帧同步信号到来的一段延时，是帧数据传输后延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值，参照图4中的时间数据可知，VFPD=t5/t6=0.35 ms/31.77s=11。 VSPW:确定帧同步时钟脉冲宽度，是帧同步信号时钟宽度和行同步时钟间隔宽度的比值。如图4,VSPW=t2/t6=0.06 ms/31.77 s=2。 3）LCDCON3存放器 HBPD:确定行同步信号和行数据传输前的一段延时，描述行数据传输前延迟时间内VCLK脉冲个数，如图4,VBPD=t7xVCLK=1.89 sx25 M

12、Hz=47。 HOZAL:确定显示的水平方向尺寸。这里HOZAL=XSIZE-1=639。 HFPD:确定行数据传输完成后到下一行同步信号到来的一段延迟时间，描述行数据传输后延迟时间内VCLK脉冲个数，如图4,HFPD=t9xVC LK=0.94 sx25 MHz=24。 4）LCDCON4存放器 HSPW:确定行同步时钟脉冲宽度。描述行同步脉冲宽度时间内VCLK脉冲个数，如图4,HSPW=3.77 sx25 MHz=94。 5）LCDCON5存放器 BPP24BL:确定数据存储格式。此处设置BPP24BL=0 x0,即选择小端模式存放。 FRM565:确定16位数据输出格式。设置FRM565=0 x1,即选择5:6:5的输出格式。 通过如上的方式设计VGA接口电路并相应的设置LCD控制器存放器，实现了LCD数字输出与D/A转换的无缝连接，不需要任何额外的驱动程序就可以将原来在LCD上输出的图像信息输出到VGA显示屏上。 4 测试与结论 本设计通过分析VGA接口时序与S3C2440TFT LCD接口时序的相同点，论证了用S3C2440自带的LCD controler来驱动VGA显示器的可行性，时序的匹