用FPGA實(shí)現(xiàn)DSP與液晶顯示器的快速接口

1、用fpga實(shí)現(xiàn)dsp與液晶顯示器的快速接口隨著器件集成工藝的進(jìn)展和soc器件的浮現(xiàn)，現(xiàn)在的數(shù)字系統(tǒng)正在越來越多地采納可編程器件設(shè)計(jì)。這樣，不僅開發(fā)周期短，而且在價格和用法難易度上也顯示了很大的優(yōu)勢。更為重要的是，還能利用器件的現(xiàn)場可編程特性，按照應(yīng)用的要求對器件舉行動態(tài)配置，簡便易行地完勝利能的添加或變幻。在高速的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，要涉及到大量的計(jì)算，為了提高運(yùn)算速度，正大量用法器件。目前的可編程器件，其時鐘頻率可以很高，在高速數(shù)字信號處理系統(tǒng)中將發(fā)揮越來越大的作用。因此，dsp+的計(jì)劃正越來越多地被工程師們采納。在無數(shù)的實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)中，往往需要良好的用戶界面，其中是被大量采納的件。因?yàn)閘c

2、d是典型的慢速設(shè)備（相對于dsp來講），在與高速微處理器接口時，會耗費(fèi)大量時光，這在高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是不允許的。假如dsp有不太富饒的處理余量，如何利用它對lcd完成控制呢？僅僅在兩者之間加入鎖存器之類的容易接口，往往不能對lcd完成控制。不過，有了fpga，就可以在不增強(qiáng)成本的狀況下，在dsp和lcd之間設(shè)計(jì)一條雙向的迅速通道。1 dsp和lcd的時序ti公司是dsp在全球的主要供給商，其低價位的tms320vc54x系列dsp深受廣闊電子工程師的青睞。下面以tms320vc5416為例介紹dsp的時序。tms320vc5416將尋址范圍分為存儲器空間、程序空間和i/o空間。其中，對i/o空間

3、的操作由地址線、數(shù)據(jù)線和三根信號線iostrb、r/w和is來完成，其時序圖1所示。讀操作和寫操作由r/w信號線上的凹凸電平打算。假如不采納外部插入等待周期的辦法，僅靠內(nèi)部的等待周期設(shè)置寄存器，拜訪外部i/o空間時最多可以插入14個等待周期。假如dsp運(yùn)行在100mhz的主頻上（事實(shí)上tms320vc16可以運(yùn)行在最高160mhz的主頻上），也惟獨(dú)0.14s。這對于lcd來說來遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。頻繁的19264點(diǎn)陣的lcd（fm19264）事實(shí)上是由3塊自立的6464點(diǎn)陣lcd構(gòu)成的，分享地址線和數(shù)據(jù)線，可由cs1、cs2和cs3分離選中。每小塊lcd都有各自自立的命令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，由控制線d

4、/i上的凹凸電平挑選。數(shù)據(jù)的鎖存或浮現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上由e信號打算。lcd主要控制管腳的功能如表1所示。對lcd寫操作的時序圖2所示。lcd的每次讀寫操作最少要1s。假如能使dsp對lcd的拜訪象對高速設(shè)備拜訪一樣，就能夠最大限度地減小dsp資源的鋪張，并且能夠削減系統(tǒng)的復(fù)雜性，這就需要在fpga中添加一個dsp與lcd之間的高速雙向通道。表1 lcd主要控制管腳功能對每塊lcd的控制，是通過操作命令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器實(shí)現(xiàn)的。在屏幕指定位置寫入數(shù)據(jù)，要分三步(寫入行地址，寫入列地址，寫入數(shù)據(jù))才干完成，不但耗時而且增強(qiáng)了軟件編程的復(fù)雜程度。假如能夠?qū)⒚詈蛿?shù)據(jù)合在一起作為一條命令，那么設(shè)計(jì)一套容易的

5、命令譯碼電路執(zhí)行電路就可完成這項(xiàng)任務(wù)。2 硬件電路設(shè)計(jì)硬件框圖3所示。lcd的原始控制命令如表2所示。表2 lcd原始控制命令lcd的顯示畫面按8行為一頁的方式舉行劃分，共64行分成8頁。lcd具有列循環(huán)尋址功能，假如第一步設(shè)定了頁地址和列地址，那么以后每次向lcd寫入顯示數(shù)據(jù)，列地址計(jì)數(shù)器就自動加一。除非再設(shè)定列地址，否則列地址就向來累加下去，直到63。這樣就簡化了寫入工作?？紤]到實(shí)際應(yīng)用便利，可把一些常用的操作按命令的方式編碼。所得到的dsp控制命令如下：控制顯示器開關(guān)：0010 0000 1111 111x指定顯示起始行：0100 0000 11xx xxxx指定列地址和頁地址：0110

6、 0yyy yyyy yxxxy:列地址（0191）x:行地址寫入數(shù)據(jù)：1000 0000 xxxx xxxx讀顯示器狀態(tài)：1010 0000 0000 0000讀顯示數(shù)據(jù)：1100 0000 0000 0000框圖中微命令rom在接口控制中起著打算性的作用，每條命令的執(zhí)行都被看作一系列單步時序操作的集合。假如從rom的某一地址開頭依次讀出rom里的數(shù)據(jù)，那么在每一個數(shù)據(jù)位上就會浮現(xiàn)隨時光變幻的電平跳變。這樣就可以用它作為控制信號舉行控制操作。因?yàn)閞om是并行輸出的，假如用不同的數(shù)據(jù)位代表不同的控制信號線，就能很容量地實(shí)現(xiàn)各個信號線之間的同步操作。這樣就能很簡單形成時序圖中的時序規(guī)律，而且擴(kuò)展

7、便利。在上述的命令表示中，通過對高3位舉行譯碼，可以得到rom尋址時的起始地址。rom各個數(shù)據(jù)位的含義如下：table/table 其中，低七位是控制lcd的接口線，free是微程序執(zhí)行完標(biāo)記，每條命令所對應(yīng)的微程序分為款待狀態(tài)（有多條微命令，free位為0）和閑置狀態(tài)（一條命令，free位為1）。當(dāng)命令執(zhí)行狀態(tài)機(jī)檢測到free位的上跳沿時，加載下一條命令。ld是數(shù)字寄存器從dsp獲得數(shù)據(jù)時的加載信號，微程序執(zhí)行過程中，在某些命令執(zhí)行時需要加載數(shù)據(jù)，可由該信號完成。rd是數(shù)據(jù)寄存器從lcd讀入數(shù)據(jù)的加載信號，主要完成從lcd讀入數(shù)據(jù)。取指控制規(guī)律主要功能是按照fifo的狀態(tài)打算是否寫入新的命令以及按照執(zhí)行狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)讀入新的命令，填寫狀態(tài)寄存器，給出中斷信號。按照上述硬件設(shè)計(jì)，dsp的軟件設(shè)計(jì)就大大簡化了。以寫入數(shù)據(jù)為例，在寫入數(shù)據(jù)前先查詢一下接口模塊的狀態(tài)，假如可以寫入就寫入數(shù)據(jù)；否則保持現(xiàn)有數(shù)據(jù)指針，等待下次寫入。一讀一寫兩次外部i/o操作，假如按7個等待周期、主頻100mhz計(jì)算，惟獨(dú)140ns，加上推斷所需時光，200ns內(nèi)就可以完成寫入數(shù)據(jù)。這里，7個等待周期是考慮到系統(tǒng)內(nèi)還其它器件。假如只是對該接口模塊操作，兩三個等待周期是沒有問題的。這樣，100ns內(nèi)就可完成寫入數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，采納上述接口控制模塊來完成lcd控制大大減輕了dsp的壓力。推而廣泛，這