淺談嵌入式系統(tǒng)的VGA接口設計

引言

隨著液晶技術的日益成熟，液晶顯示器在顯示技術中得到了越來越廣泛的應用。當前LCD顯示技術已經(jīng)成為新一代平板技術顯示技術的主流。LCD顯示屏幕主要包括液晶屏幕，驅(qū)動電路以及控制驅(qū)動電路的系統(tǒng)。我們設計的LCD控制器主要是用來控制RGB模式的數(shù)據(jù)以及MCU模式的命令，參數(shù)的傳輸，實現(xiàn)LCD的控制功能。 RGB模式主要有16bit輸入，16bit輸出； 16bit輸入，18bit輸出； 18bit輸入，16bit輸出；18bit輸入，18bit輸出；4種模式的傳輸。本文就LCD的驅(qū)動進行分析，介紹，提出硬件電路的設計以及驗證方法。

LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口

VGA （Video Graphics Array）接口信號為模擬信號。其關鍵信號有5個，分別是Horizontal Sync水平同步信號（也叫行同步信號），垂直同步信號Vertical Sync（也叫場同步信號），Red紅色，Green 綠色和Blue 藍色。電子槍從左至右，從上至下地進行掃描，每行結束時，用行同步信號進行同步；掃描完所有行后用場同步信號進行場同步。LCD接口轉(zhuǎn)VGA（簡稱LCD2VGA）是一款以FPGA 做為橋接芯片，集成高效顯存技術的視頻轉(zhuǎn)換卡。不同于簡易的D/A轉(zhuǎn)換模式，LCD2VGA上的FPGA能夠自動將LCD接口提供的刷新頻率提高到CRT顯示器所需要的高刷新頻率，解決了簡易的D/A轉(zhuǎn)換模式下屏幕閃動的問題。帶有LCD控制器的CPU 通過此視頻卡，可以驅(qū)動帶VGA 接口的液晶顯示器或CRT 顯示器。LCD2VGA能夠支持16bppTFT（真彩）型數(shù)字LCD接口向VGA接口的轉(zhuǎn)換，兼容640×480、800×600、1024×768三種分辨率，支持輸出60Hz刷新率；其工作方式和工作時序與TFT（真彩）LCD 完全一樣。

掃描式LCD接口（以S3C2410A的LCD控制器為例圖1），在每一場完畢后，也是用VSYNC來進行場同步；每一行完畢后，也是用HSYNC進行行同步；也有VCLK像素時鐘，用于鎖存數(shù)據(jù)；

其場同步信號，寬度為（VSPW+1），之前有場消隱前肩（VFPD+1），之后有場消隱后肩（VBPD+1）；

其行同步信號，寬度為（HSPW+1），之前有行消隱前肩（HFPD+1），之后有場消隱后肩（HBPD+1）；

可以發(fā)現(xiàn)，掃描式LCD接口的同步信號時序和VGA接口是一致的。原因是發(fā)明LCD后，盡管顯示原理不同，但為了在時序上和CRT兼容，也采用了這樣的控制時序?；诖?，完全能將LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口。

　圖1 三星S3C2410A的LCD信號時序圖

方案實現(xiàn)

VGA接口只需Hsync和Vsync兩個同步信號和RGB三個色彩分量信號。而掃描式LCD接口的同步信號的時序和VGA接口的完全一致，可直接把兩個同步信號接入VGA接口。

S3C2410A的LCD控制器輸出的是RGB數(shù)字信號。因此若用一些DAC芯片把RGB數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，即可實現(xiàn)VGA接口的RGB信號輸入。這類視頻專用DAC芯片較多，例如ADI公司的ADV7120;CHRONTEL公司的CH7004C.實驗中選用的CHRONTEL公司的CH7004C.S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接如表1.

表1 S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接

在選擇數(shù)據(jù)格式時，RGB565較合適，因為16位數(shù)據(jù)已經(jīng)有6.5萬色，完全足夠；24位數(shù)據(jù)時每個像素實際占用32位，4個字節(jié)，傳輸時對S3C2410A的總線資源占用太大。

整個電路原理圖如圖2所示。其中一些需要注意的地方有：

CH7004C工作在從模式下，由S3C2410A的I2C控制。在實驗中使用的是精度較好的日本村田（murata）的阻容元件，包括10K,360歐，75歐和10pF的電容。10K用于I2C總線的上拉，360歐用于RSET引腳接地；75歐為R,G,B三個輸出管腳和地之間的終端電阻，10pF電容用于晶振。另外，CH7004C的IIC地址，是通過把ADDR引腳拉高或拉低來設定；接地時，根據(jù)芯片手冊，其7位的I2C地址為1110110,最后加一個讀/寫位。

　圖2 CH7004C的電路原理圖

CH7004C的關鍵寄存器及設置

CH7004C片內(nèi)有25個寄存器。寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部分。寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和位址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序計數(shù)器（PC）。在中央處理器的算術及邏輯部件中，包含的寄存器有累加器（ACC）。寄存器的功能十分重要，CPU對存儲器中的數(shù)據(jù)進行處理時，往往先把數(shù)據(jù)取到內(nèi)部寄存器中，而后再作處理。外部寄存器是計算機中其它一些部件上用于暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它與CPU之間通過"端口"交換數(shù)據(jù)，外部寄存器具有寄存器和內(nèi)存儲器雙重特點。有些時候我們常把外部寄存器就稱為"端口",這種說法不太嚴格，但經(jīng)常這樣說。其中比較關鍵的是Display Mode,Input Data Format,Sync Polarity三個寄存器。Display Mode顯示模式寄存器，片內(nèi)地址0X00,輸入分辨率為640×480,由芯片手冊，可選模式從Mode13到Mode17均可。實驗中選擇的是默認的Mode17,對應參數(shù)為0X6A.Input Data Format輸入數(shù)據(jù)格式寄存器，片內(nèi)地址是0X04,因為輸入的數(shù)據(jù)格式為RGB565,且需打開pass-through模式，故對應參數(shù)為0X20.Sync Polarity同步信號極性寄存器，片內(nèi)地址0X0D,根據(jù)輸入的Hsync和Vsync的極性來設定，如果是均為負脈沖，則把VSP位和HSP位都置0;如果均為正脈沖，則把VSP位和HSP位都設置為1.實驗中，把S3C2410A的LCD控制器的同步信號極性均設為低電平有效，故參數(shù)為0X00.

S3C2410A的LCD控制器設置

作為輸出源，S3C2410A的LCD控制器也需要進行相應設置。需要的輸出分辨率是640×480,16位色（RGB565格式），刷新率60Hz.一共有LCDCON1到LCDCON5共5個寄存器需要設置，具體參數(shù)要參考VGA時序規(guī)范和LCD時序圖（圖1）。所需設置的寄存器如表2.

表2 S3C2410A的LCD控制器中需要設置的寄存器

S3C2410A的LCD控制器設置

實驗及數(shù)據(jù)

實驗中，選擇的操作系統(tǒng)嵌入式Linux,內(nèi)核版本2.4.18,圖形系統(tǒng)是Qtopia 1.7.0.bootloader選用的韓國MIZI公司的vivi.上電后，vivi將進行初始化，其中包括設置CH7004,然后再引導進入Linux.對CH7004的操作，完全可以看作對一個IIC接口的EEPROM來進行，即I2C,一種總線結構。IIC 是作為英特爾IC 的互補，這種總線類型是由菲利浦半導體公司在八十年代初設計出來的，主要是用來連接整體電路（ICS） ,IIC是一種多向控制總線，也就是說多個芯片可以連接到同一總線結構下，同時每個芯片都可以作為實施數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃础＿@種方式簡化了信號傳輸總線。例如：內(nèi)存中的SPD信息，通過IIC,與BX芯片組聯(lián)系，IIC 存在于英特爾PIIX4結構體系中。可專門定義一個函數(shù)IIC_Write（）來寫數(shù)據(jù)。例如對IDF寄存器的設置為I2C_Write（0xec,0x04,0x20）。設置好后，CH7004的所有寄存器數(shù)據(jù)如表3.

實驗中還發(fā)現(xiàn)，設定SPR同步信號極性寄存器時，如果都設同步信號為正脈沖有效，接顯示器也能正常顯示，但是有閃爍。負脈沖有效則無這種情況，故推薦均設置為負脈沖有效。

表3 正常工作時，CH7004C的各個寄存器讀出的數(shù)據(jù)

結語

本文提供的LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口的解決方案，經(jīng)過實際驗證，切實可行。在Linux和Windows CE 4.2兩種嵌入式操作系統(tǒng)下均進行了測試，Linux是一類Unix計算機操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是"Linux".Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。嚴格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計算機業(yè)余愛好者Linus Torvalds.Linux下VGA顯示器的畫面非常穩(wěn)定；在Windows CE 4.2下基本穩(wěn)定，略有閃爍。該方案最大特點在于讓嵌入式系統(tǒng)直接支持VGA顯示器，具備較大的實際應用意義。

圖3 Linux下外接VGA顯示器