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          基于SOPC的觸控屏控制器IP核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2013-10-29 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          可編程片上系統(tǒng)()是一種特殊的嵌入式系統(tǒng),它設(shè)計(jì)方式靈活,具備軟硬件在系統(tǒng)可編程功能。在設(shè)計(jì)上以集成電路為基礎(chǔ),而自行開發(fā)的 ,根據(jù)實(shí)際硬件資源和功能任務(wù)需求來定制顯示控制功能,可以增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性和設(shè)計(jì)靈活性,降低了成本。目前針對(duì)LCD顯示屏設(shè)計(jì)的文章較多,但對(duì)于TFT-LCD設(shè)計(jì)的IP核文章較少,而且這類文章中很少見對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證內(nèi)容。
          文中提出一種針對(duì)TFT-LCD控制器IP核的設(shè)計(jì)方法。該控制器具有Avalon總線接口,與其他標(biāo)準(zhǔn)IP核一起構(gòu)成以為核心的片上系統(tǒng)。針對(duì)本設(shè)計(jì)中幀緩存讀操作的特點(diǎn),選擇以Avalon主端口接口的形式對(duì)模塊進(jìn)行開發(fā),大大提高了處理器運(yùn)行效率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了觸控屏控制器IP核的參數(shù)化設(shè)計(jì),提高了控制器對(duì)于不同LCD屏的可復(fù)用性,最后通過對(duì)輸出緩沖FIFO的使用,解決了數(shù)據(jù)讀出時(shí)鐘與像素時(shí)鐘不同步問題。

          1 觸控屏控制器總體結(jié)構(gòu)
          在SDRAM中開辟一段儲(chǔ)仔空間,用來存放屏幕圖像數(shù)據(jù),稱之為幀緩存。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)挠布壿媮斫彺媾c屏幕圖像像素之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,并配合觸控屏顯示所必需的行、場(chǎng)時(shí)序信號(hào),將幀緩存中的數(shù)據(jù)不斷地輸送給觸控屏,完成最終的顯示刷新,其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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          觸控屏控制器刷新周期開始時(shí),主端口模塊根據(jù)幀緩存地址生成邏輯所產(chǎn)生的地址,完成主端口的讀操作,實(shí)現(xiàn)幀緩存中數(shù)據(jù)讀取,并將該數(shù)據(jù)輸送給輸出緩沖模塊。同時(shí),時(shí)序信號(hào)生成模塊依據(jù)觸控屏的時(shí)序規(guī)范生成行、場(chǎng)同步信號(hào),以及與像素同步的相關(guān)顯示點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)。觸控屏控制器數(shù)據(jù)顯示模塊不斷從緩存中讀取屏幕顯示數(shù)據(jù)。

          2 觸控屏控制器模塊設(shè)計(jì)
          2.1 Avalon-MM Slave接口模塊
          本模塊掛載在Avalon總線上作為從設(shè)備使用,用來對(duì)所有的用戶邏輯進(jìn)行配置和控制,核心功能是寄存器操作,包括讀、寫以及一些特殊指示與狀態(tài)信號(hào)的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換。通過從端口得到的數(shù)據(jù)分別賦值給相應(yīng)的寄存器,寄存器分為:FIFO地址寄存器、坐標(biāo)寄存器、一幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度奇存器。本模塊是最后在觸控屏上實(shí)現(xiàn)圖形顯示功能的接口電路。
          2.2 Avalon-MM Master接口模塊
          LCD控制器的本功能是產(chǎn)生LCD時(shí)序信號(hào),將幀緩存中的圖像信息進(jìn)行有序輸出。由于圖形是一幀一幀地輸出到觸控屏上,而且顯示刷新過程是無限循環(huán)的,所以必須反復(fù)執(zhí)行幀緩存讀操作,因此本設(shè)計(jì)對(duì)上述讀操作進(jìn)行了硬件加速??梢圆粩嗟貜腇IFO讀取圖像數(shù)據(jù),并且在行、場(chǎng)和觸控屏顯示有效時(shí)間段讀取圖像數(shù)據(jù),其它時(shí)間不讀圖像數(shù)據(jù),這樣減少了Avalon總線的使用,有利于圖像顯示并減少了總線負(fù)擔(dān)分析讀幀緩存的操作可以發(fā)現(xiàn),該過程總是按照一定的順序,將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出來進(jìn)行顯示輸出,規(guī)律性非常強(qiáng)。
          本模塊主要完成地址及操作時(shí)序的產(chǎn)生、像素?cái)?shù)據(jù)緩存寫操作控制、數(shù)據(jù)寬度的變換等功能。
          2.3 觸控屏?xí)r序產(chǎn)生模塊
          本文的觸控屏引出信號(hào)線有5根:像素?cái)?shù)據(jù)信號(hào)、觸控屏?xí)r鐘信號(hào)、行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)、使能信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)觸控屏的正常顯示,必須對(duì)以上信號(hào)按照規(guī)范的時(shí)序進(jìn)行驅(qū)動(dòng),其中,行、場(chǎng)同步信號(hào)分別用來標(biāo)記屏幕上一行和一幀圖像的顯示時(shí)間,屏幕掃描線從上到下、從左到右依次掃描。在這個(gè)過程中,只需將幀緩存中的圖像像素?cái)?shù)據(jù)依次輸出,就可以實(shí)現(xiàn)屏幕圖像顯示。
          2.4 FIFO幀緩存模塊
          DDR控制器隨著系統(tǒng)時(shí)鐘不斷往FIFO寫數(shù)據(jù),當(dāng)一幀數(shù)據(jù)寫滿時(shí)就不再進(jìn)行寫狀態(tài),而等待LCD控制器進(jìn)行讀狀態(tài),顏色處理器從FIFO中獲取數(shù)據(jù),每次從FIFO中讀取32 bit數(shù)據(jù)并不斷送給LCD。
          顏色處理器將每一個(gè)字節(jié)作為一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù),并將一個(gè)字節(jié)的像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3個(gè)字節(jié)的RGB數(shù)據(jù)。顏色處理器從同步FIFO緩沖器中讀取數(shù)據(jù),當(dāng)同步FIFO緩沖器寫和讀相互不沖突時(shí),同步FIFO緩沖器產(chǎn)生讀請(qǐng)求,讓Avalon主端口向Avalon總線發(fā)起讀傳輸,從總線上獲取的數(shù)據(jù)將寫入同步FIFO緩沖器,顏色處理器從FIFO中讀取像素值,并且傳給LCD顯示模塊。


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