基于NIOS II嵌入式處理器實現LCD的控制

隨著半導體技術以及計算機軟硬件技術的飛速發展，對于圖像的顯示的控制技術也呈現出越來越多的方式。本文介紹了一種基于NIOS II軟核處理器實現對LCD-LQ057Q3DC02控制的新方法。在設計中利用FPGA的Altera的SOPC Builder定制NIOS II軟核處理器及其與顯示功能相關的“軟” 硬件模塊來協同實現顯示控制的軟硬件設計。利用SOPC技術，將NIOS II CPU和LCD控制器放在同一片FPGA中，解決了通常情況下必須使用LCD 控制專用芯片才能解決LCD顯示的問題。

　　1 LCD選型及主要特性

　　本文所采用的LCD是SHARP公司的5.7英寸的LCD-LQ057Q3DC02。它能顯示320×240×3點像素，輸入信號有:18位色度信號(R，G，B各6位)的數據信號，4個時鐘信號(CLK，Hsync，Vsync，Enable)以及實現水平顯示模式，垂直顯示模式的R/L、U/D和VGA/QVGA模式選擇信號線。


　　事實上，LCD-LQ057Q3DC02是一個逐行掃描設備，它總是從屏幕的左上方開始掃描，先水平掃描完一行(320像素點)到最右邊，然后再回到最左邊，換下一行，繼續掃描。直到掃描到屏幕的最下方(共240行)，這樣就掃描完一幀圖像，然后再回到最左邊，開始下一幀的掃描。

　　2 Avalon流模式LCD控制器設計

　　文中實現的LCD 實時圖像顯示控制方式采用的是DMA數據傳輸方式。設計時，利用DMA控制器在流模式LCD控制器和SDRAM 之間建立一條DMA傳送通道，讓硬件來完成像素信息的自動讀取，而NIOS II處理器僅通過操作SDRAM 中相應的區塊就能實現LCD 圖像的更新。

　　2.1 Avalon流模式控制器的組成

　　設計Avalon流模式外設時需要遵循Avalon總線規范。在實際設計時，筆者設計的Avalon流模式LCD控制器的硬件結構如圖1。該控制器由如下3部分構成:LCD接口控制器、FIFO存儲器和Avalon Streaming Port接口。

　　2.2 LCD顯示控制流程

　　對LCD-LQ057Q3DC02而言，要實現LCD的正常顯示就必須對相應的控制信號正確配置，特別是行同步(LCD_Hsync)、場同步(LCD_Vsync)必須與從SDRAM 存儲器中取出的圖像數據同步，否則，圖像將不能正常再現。實現LCD控制的行同步、場同步的控制時序流程如圖2。

　　2.3 LCD控制器文件組成及部分代碼

　　與LCD控制器硬件相對應的是3個模塊文件，分別是:LCD_interface.vhd，LCD_pixel_fifo.v以及LCD_controller_stream.v。其中LCD_controller_stream.v是頂層模塊，其內部也包含了Avalon Streaming Port接口時序部分，LCD_pixel_fifo.v可通過QuartusII中的宏模塊直接生成。當生成了上述3個文件后，可選擇SOPC Builder中的System->Add Interface to User Logic命令打開Interface to User Logic對話框，選擇總線類型為Avalon Memory Slave，因為工作于流模式的LCD控制器可看成一個存儲器(FIFO類型)，可通過添加DMA控制器來實現存儲器(FIFO)到存儲器(SDRAM)的DMA設置。下面給出LCD接口部分程序。