基于嵌入式的显示系统设计样本

基于嵌入式CPUS3C2440VGA显示系统设计摘要：基于VGA接口时序，以高性能视频D/A芯片ADV7120为核心。实现了基于嵌入式CPUS3C2440VGA显示子系统。系统一方面运用S3C2440自带LCD控制器产生符合VGA显示规定期序逻辑，另一方面通过LCD数据线将数字RGB信号传递给具备8路通道视频D/A芯片ADV7120，产生VGA显示需要模仿色彩信号。通过TFTLCD扫描显示时序与VGA扫描显示时序匹配，驱动VGA显示屏。该系统可以达到正常显示色彩信息规定，且价格低廉，合用于对显示效果规定不苛刻，但规定大尺寸显示屏且对价格敏感嵌入式应用中。当前诸多SOC厂商微解决器芯片都集成了LCD控制器，如三星公司S3C2410.S3C2440，IntelXscale系列等。大多数嵌入式系统也采用流行LCD显示技术。但是在需要大屏幕显示、对辨别率规定不高场合，如车间、厂房，采用大屏幕LCD则成本过高。另一方面，VGA显示技术由于技术发展成熟，成本低廉，仍在被大量使用，直到今天它仍是所有显示终端最为成熟原则接口。如果让嵌入式解决器直接支持VGA显示屏，则能很大地运用既有资源，节约系统成本。1基于S3C2440VGA显示技术分析通过度析VGA显示技术时序逻辑与S3C2440内部集成LCD控制器驱动TFTLCD时序逻辑，找出它们共同点，分析在S3C2440上应用VGA显示接口可行性。1.1VGA显示原理VGA（VideoGraphicsArrnay）是IBM公司提出当前依然广泛应用于PC显示接口。该接口具备辨别率高、显示速率快、颜色丰富等长处，在彩色显示屏领域得到了广泛应用。VGA接口在物理上体现为DB15插座，其中VGA适配器端使用是阴性DB15原则接口。其引脚定义如表1所示。表1VGA适配器引脚定义VGA接口使用模仿RGB通道，逐点、逐行扫描。其时序如图1所示。VGA接口信号为模仿信号，其核心信号有5个，分别是HorizontalSync水平同步信号（也叫行同步信号），垂直同步信号VerticalSync（也叫场同步信号），红色模仿信号，绿色模仿信号和篮色模仿信号。电子枪从左至右，从上而下进行扫描，每行结束时，用行同步信号进行同步。扫描完所有行后用场同步信号进行场同步。因电子枪偏转需要时间，因此扫完回转中，要对电子枪进行消隐控制，在每行结束后回转过程中进行行消隐，在每场结束后回转过程中进行场消隐。消隐过程中不发送电子束。图1VGA扫描时序1.2TFTLCD显示屏扫描时序分析基于ARM920T内核S3C2440芯片外围集成了LCD控制器，LCD控制器被用来向LCD传播图像数据，并提供必要控制信号，例如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。除此之外，LCD控制器还涉及一组控制寄存器：LCDCON1寄存器、LCDCON2寄存器、LCDCON3寄存器、LCDCON4寄存器、LCDCON5寄存器。这些寄存器设立与显示屏信息、控制时序和数据传播格式等密切有关，在设计中需要依照显示设备详细信息对的设立这些寄存器才干使S3C2440正常控制驱动不同显示屏。典垂TFT液晶显示屏扫描对序如图2所示。图2典型TFTLCD扫描时序其中重要涉及：1）帧（垂直）同步（VSYNC）：用高电平（或低电平）表达扫描一帧起始。2）行（水平）同步（HSYNC）：用高电平（或低电平）表达扫描一行起始。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）：表达与否启动TFT输出。5）数据信号（VD）：表达每个点颜色，普通有16位、18位、24位等模式。通过对比VGA接口时序和TFTLCD液晶显示屏扫描时序，可以看出它们很相似。这就为用LCD控制器驱动VGA显示屏提供了内在也许性。并且一旦实现了这种转接方案，由于是由硬件实现两种接口电气转换，不需要写任何驱动程序，是在嵌入式系统平台上扩展VGA接口最以便方案。比较两种接口特性，要实现从TFT时序到VGA时序转换，需要解决向题有：1）TFT液晶扫描同步信号和VGA同步信号电平问题。2）TFT液晶控制器输出是RGB数字接口，而VGA红绿蓝通道时模仿量，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）规定，8位转换精度就可以。基于VGA对帧频规定，每个点转换频率必要不不大于27MHz，同步，必要至少有3个通道同步转换，以满足红绿蓝（RGB）3个通道输出。针对这种转换D/A普通称为视频D/A，本设计采用ATI公司视频D/A芯片ADV7120。1.3ADV7120简介ADV7120是美国ADI公司生产高速视频数模转换芯片，其像素扫描时钟频率有30、50、80MHz3个级别。ADV7120在单芯片上集成了3个独立8位高速D/A转换器，可以分别解决红、绿、蓝视频数据，特别合用于高辨别率模仿接口显示终端和规定高速D/A转换应用系统。ADV7120输入及控制信号非常简朴：3组8位数字视频数据输入端，分别相应RGB视频数据，数据输入端采用原则TTL电平接口；4条视频控制信号线涉及复合同步信号SYNC、消隐信号BLANK、白电平参照信号REFWHITE和像索时钟信号CLOCK;外接一种1.23V数模转换参照电压源和1个输出满度调节。只有4条输出信号线：模仿RGB信号采用高阻电流源输出方式，可以直接驱动75Ω同轴传播线；同步参照电流输出信号Isync用来在绿视频模仿信号中编码视频同步信息。2VGA接口电路设计

如前所述，VGA接口时序和LCD扫描式接口时序是一致，运用ADV7120构成TFT液晶时序到VGA接口转换模块构造框图如图3所示。图3VGA接口电路构成框图依照ADV7120数据手册，ADV7120对参照电平规定度很高，不能以电阻分压电路代替。本设计中采用了1.235V电压基准芯片AD589来产生参照电压。3VGA显示模式选取及S3C2440LCDcontroller中相应控制寄存器设立最初VGA显示包括几种模式，最初VGA辨别率被定义为640x480，接着更高辨别率SVGA、XVGA等原则在此基本上被提出，接口上都兼容VGA原则，因此，习惯上把所有这种接口都称为VGA接口。不同显示模式相应VGA时序中时间参数不同，选定一种显示模式后，就要配备LCD控制器，使其产生时序参数符合VGA模式规定，这样才干成功驱动VGA接口，否则VGA显示端会闪烁、模糊甚至不显示。在这里选取辨别率为640x480、刷新频率为60Hz、16位彩色VGA显示模式，并在此模式下完毕对LCD控制器有关寄存器配备。使LCD控制器输出时序逻辑能符合该模式下VGA显示规定。在该模式下VGA接口同步信号时序如图4所示。图4VGA接口同步信号时序下面依照图4VGA接口同步信号时序对重要LCD控制器中控制寄存器进行配备：1）LCDCON1寄存器CLKVAL：拟定VCLK频率参数。公式为VCLK-HCLK/［（CLKVAL+1）x2］。在本设计中S3C2440HCLK=100MHz，显示屏需要VCLK=20MHz，故需设立CLKVAL=1.BPPMODE：拟定BPP（每像素位散）。选取BPPMODE=0xC，即选取TFT16位模式。2）LCDCON2寄存器VBPD：拟定帧同步信号和帧数据传播前时延，是帧数据传播前延迟时间和行同步时钟间隔宽度比值，参照图4中时间数据可知，VBPD=t3/t6=1.02ms/31.77μs=32.LINEVAL：拟定显示垂直方向大小。公式：LINEVAL=YSIZE-1=479.VFPD：拟定帧数据传播完毕后到下一帧同步信号到来一段延时，是帧数据传播后延迟时间和行同步时钟间隔宽度比值，参照图4中时间数据可知，VFPD=t5/t6=0.35ms/31.77μs=11.VSPW：拟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比值。如图4，VSPW=t2/t6=0.06ms/31.77μs=2.3）LCDCON3寄存器HBPD：拟定行同步信号和行数据传播前一段延时，描述行数据传播前延迟时间内VCLK脉冲个数，如图4，VBPD=t7xVCLK=1.89μsx25MHz=47.HOZAL：拟定显示水平方向尺寸。这里HOZAL=XSIZE-1=639.HFPD：拟定行数据传播完毕后到下一行同步信号到来一段延迟时间，描述行数据传播后延迟时间内VCLK脉冲个数，如图4，HFPD=t9xVCLK=0.94μsx25MHz=24.4）LCDCON4寄存器HSPW：拟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=3.77μsx25MHz=94.5）LCDCON5寄存器BPP24BL：拟定数据存储格式。此处设立BPP24BL=0x0，即选取小端模式存储FRM565：拟定16位数据输出格式。设立FRM565=0x1，即选取5:6：5输出格式。通过如上方式设计VGA接口电路并相应设立LCD控制器寄存器，实现了LCD数字输出与D/A转换无缝连接，不需要任何额外驱动程序就可以将本来在LCD上输出图像信息输出到VGA显示屏上。4测试与结论本设计通过度析VGA接口时序与S3C2440TFTLCD接口时序相似点，论证了用S3C2440自带LCDcontroler来驱动V