新型高分辨率LCD控制器的设计与实现

摘   要： 为了解决ARM等嵌入式处理器驱动大屏幕LCD困难的问题，提出了一种基于FPGA的大屏幕LCD控制器解决方案。该控制器通过搭建合理的架构设计及巧妙的总线仲裁机制，解决了大屏幕显示所需的高刷新率和高更新率问题。同时，多个内部寄存器使其支持各种型号的LCD显示器，并成功地驱动了15英寸的LCD显示器。
关键词： 大屏幕LCD； FPGA； LCD控制器
       随着电子技术的发展，大屏幕LCD显示器越来越多地成为各种电子设备的显示终端。但是现有的大部分嵌入式处理器，因为其自身的总线速率限制了驱动大屏幕LCD的能力。例如自带LCD控制器的ARM嵌入式处理器(三星的2440)，其系统总线的时钟频率最高只能达到133 MHz[1]，除了要传输显示LCD屏的数据外，系统总线还要提供其他设备的数据吞吐，所以它的数据传输量只能满足小屏幕的显示，无法满足高分辨率屏幕的数据显示。
     市场上有很多专用的LCD控制芯片，但是其价格较高、配置不灵活。因此，本文基于能够高速运行的FPGA[2]为处理核心，以SDRAM作为显示缓存，设计LCD控制器，既能够将ARM的系统总线上的显示数据取出，并驱动大屏幕显示数据，又能够解决专用芯片的弊端。成功地解决了嵌入式处理器在驱动大屏幕LCD时的资源紧张问题，并可提供清晰稳定的图像显示。
   
   1 架构选择及硬件实现
1.1 架构分析选择
　根据嵌入式处理器的工作原理，有三种架构形式可以实现LCD控制器的设计[3],如图1所示。架构2和架构3采用了与CPU共用显示存储器的方式，在显示过程中，CPU和LCD控制器需要间断地释放对共用存储器的访问，以完成刷新数据和更新数据在存储器中的交互。这两种架构中，CUP对存储器的访问会直接影响到显示数据的更新及LCD显示器的显示效果。尽管架构2增加了本地存储器，提高了系统性能，但是同样受到架构模式的制约。而架构1避免了共用显示存储器的模式，将LCD控制器作为总线上的一个外设,CPU将需要更新显示的数据通过存储器接口发送给总线上的LCD控制器，LCD控制器控制LCD显示。本文系统即采用了架构1形式的架构。
1.2 系统硬件设计
　基于架构1设计了图2所示的硬件结构。整个系统以FPGA对更新数据和刷新数据的仲裁处理为核心，配合SDRAM的操作及显示数据的传输标准转换（LVDS转换）完成其大屏幕显示器驱动的任务，实现显示功能。
　XC6SLX45是XILINX公司新推出的一款FPGA，属于SPARTAN6系列，具有很高的性价比优势。利用FPGA配置灵活的特点，在硬件方面FPGA主要实现四个接口：CPU接口、SDRAM接口、FPGA配置接口和LCD接口。其中,SDRAM接口[4]和LCD接口都是常用的标准接口，这里不再赘述。FPGA的配置接口用于对FPGA的被动串行配置，采用FPGA的这种配置方式可以很好地提高该控制器的可移植性，又可以节省FPGA的配置芯片的成本。LCD控制器通过CPU接口连接到AMBA总线上[5]，并以存储器的方式被嵌入式处理器访问。