单片机显示数据的硬件加速如何实现

使用以下程序测试一幅图片的显示速度。


IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE,0x00); //LED OFF


Flash_photo_display(0,0); //送第0幅图片


IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LED_BASE,0xff); //LED ON


用示波器观察LED管脚输出的低脉冲时间，即可得出显示一幅图片运行的时间。


for(y=0;y<480;y++)


{ for(x=0;x<800;x++)


{//送显示数据


IOWR_16DIRECT(MCULCD_CTRL_0_BASE,((y<<11)+(x<<1)),0x001f);


}


}


上面这段程序执行的LED低脉冲清屏的时间大约需要575ms。这个显示的大部分时间是消耗在了软件变量的变化读写时间上，纯粹硬件接口层（显示控制器外设）的写时间（46ms）占的比例很小。因此软件程序或者说处理器性能将是优化的重点。


粗略的算一下从FLASH读一整幅图片的理论最短时间：


(25us+25ns*2048byte)*375page = 28.575ms。 而实际上在硬件层度FLASH每个字节的周期是80ns，那么理论时间应该是：(25us+80ns*2048byte)*375page = 70.815ms。那么实际上，我们在硬件优化后显示一幅图片的时间完全取决于硬件外设本身，基本和软件以及处理器性能没有关系了。硬件加速真的这么神吗？真的这么管用吗？在这个测试中，平时我们不仅高估了软件（抑或说是处理器）的性能，而且大大低估了硬件的性能。最后，简单的说一下这个硬件加速系统是如何工作的。如图4所示，是这个系统优化之前的一个简单系统架构，FLASH的读写控制完全交给了CPU，而CPU的每次执行都是依赖于RAM上的程序和变量的，然后CPU还需要把读出来的数据送给LCD Controller。


再来看硬件加速后的系统框图，如图5所示。CPU负责FLASH的控制管理，而FLASH读出来的数据不需要通过CPU，直接送给LCD Controller，这期间省下来的时间使得系统性能发生了翻天覆地的改变，也使得系统的最优化成为可能（图片显示的速度瓶颈最终在于FLASH这个外设）。

以上是使用灵活的FPGA实现显示数据的硬件加速，普通的ASIC如32位单片机ARM或者一般的显示芯片无法做到，当然以后可能还有更好的方法，因为你使用的是FPGA，不但控制着应用也可以自己优化你的硬件，这就是FPGA的强大优势。


我们采用的大规模可编程控制器（FPGA）来做彩色屏的控制器，它有如下优势：


A、设置灵活，满足不同行业的客户要求


B、支持高清分辨率3840*2400以下各种标准和非标分辨率


C、内部128MB FLASH，可以将photoshop做好的漂亮界面图片预先内置存储，使用时通过串口调用，8位单片机也可以做出漂亮的UI


D、小图片独立存储调用显示方便，视频层、图片层、字符层多层显示更容易控制，图片视频画中画


D、目前主要是串口、并口；以后会有485、422、SPI、wi-fi、ZIGBEE、GPRS、CAN接口等各种通讯接口的扩展，欢迎提出定制


E、系统内嵌32位处理器，内部32位总线硬件加速，换图片速度极快，可以实现动画界面，如仪表指针动画


F、内部集成触摸屏控制器，直接通过串口返回坐标值，误差小余1.5%


F、丰富的用户指令集，内部可自由定制多国语言软字库


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