隨著半導體技術以及計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展，對于圖像的顯示的控制技術也呈現(xiàn)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(xiàn)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(xié)同實現(xiàn)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F(xiàn)PGA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(shù)據(jù)信號，4個時鐘信號(CLK，Hsync，Vsync，Enable)以及實現(xiàn)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(xù)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(xiàn)的LCD 實時圖像顯示控制方式采用的是DMA數(shù)據(jù)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(qū)塊就能實現(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(shù)據(jù)同步，否則，圖像將不能正常再現(xiàn)。實現(xiàn)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(xiàn)存儲器(FIFO)到存儲器(SDRAM) 的DMA設置。下面給出LCD接口部分程序。

ENTITY LCD_interface IS

PORT(

reset :IN std_logic;

lcd_clk :IN std_logic;

Wrdata :IN std_logic_vector(17 downto 0);

hsync :OUT std_logic;

vsync :OUT std_logic;

enable :OUT std_logic;

lcd_R/L :OUT std_logic;

lcd_U/D :OUT std_logic;

sel_VGA_QVGA :OUT std_logic;

RGB :OUT std_logic_vector(17 downto 0);

end_of_picture :OUT std_logic);

END LCD_interface;

ARCHITECTURE trans OF LCD_interface IS

process(lcd_clk) begin

if(rising_edge(lcd_clk)) then

if(hcnt<400) then

hcnt<=hcnt+1;

else

hcnt<=(others=>0);

end if;

end if;

end process;--行計數(shù)器模塊

process(lcd_clk) begin

if(rising_edge(lcd_clk)) then

if(hcnt=320) then

if(vcnt<262) then

vcnt<= vcnt+1;

else

vcnt<=(others=>0);

end if;

end if;

end if;

end process;--場計數(shù)器模塊

process(lcd_clk) begin

if(rising_edge(lcd_clk)) then

if((hcnt>= 320+20+20 ) and (hcnt<320+20+20+40)) then

hs<=0;

else

hs<=1;

end if;

end if;

end process;--產生水平同步脈沖

process(vcnt)begin

if((vcnt>=240+6+6)and(vcnt<240+6+6+10)) then

VS<=0;

else

vs<=1;

end if;

end process;--產生場同步脈沖

process(lcd_clk) begin

if(rising_edge(lcd_clk)) then

if(hcnt<320 and vcnt<240)and(hcnt>20 and vcnt>6) then

en<=1;

else

en<=0;

end if;

end if;

end process;--產生顯示使能控制信號

process(led_clk)begin

if(rising_edge(lcd_clk))then

if(hcnt<320 and vcnt<240)then

RGB<=Wdata;

else

RGB<=(others=>0);

end if;

end if;

end process;--像素輸出及消隱

process(lcd_clk)begin

if(rising_edge(lcd_clk))then

if((vcnt=320+1)and(hcnt=0))then

end_of_picture<=1;[!--empirenews.page--]

else

end_of_picture<=0;

end if;

end if;

end process;--一幀傳輸完畢

END ARCHITECTURE trans;

3 DMA控制流程及實驗結論

3.1 DMA傳輸方式下的程序流程

利用該方案實現(xiàn)LCD的顯示已在某面陣CCD采集系統(tǒng)中得到驗證。在實際的系統(tǒng)中，該部分主要實現(xiàn)所采集的面陣CCD圖像傳感器圖像數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。在實際的采集控制系統(tǒng)中選用了2個DMA，一個用于圖像數(shù)據(jù)的采集，一個用于采集后圖像的再現(xiàn)。在文中僅介紹了顯示DMA傳輸控制方式下的相應模塊。實際系統(tǒng)中，圖像數(shù)據(jù)從面陣CCD圖像傳感器以DMA控制方式將圖像數(shù)據(jù)采集到SDRAM，所采集后的圖像數(shù)據(jù)從SDRAM到LCD顯示。實際系統(tǒng)中的DMA控制流程如圖3。

3.2實驗結論

根據(jù)圖3所采集到的面陣CCD的圖像數(shù)據(jù)保存在SDRAM中，按一定比例抽取的圖像數(shù)據(jù)在SDRAM中合成18位的RGB圖像信號，而后在NIOS II處理器以及顯示DMA的控制下，將一幀完整的圖像顯示在LCD上，實際控制的顯示結果如圖4。

4 結束語

利用NIOS II作為FPGA嵌入式處理器控制LCD的解決方案，能較容易地實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的DMA傳輸與控制，系統(tǒng)中可根據(jù)實際需求有選擇的定制相應模塊，使系統(tǒng)具有較強的靈活性。同時由于采用“軟”硬件實現(xiàn)LCD的控制，調試過程中通過不斷更改“軟件”就可達到改進硬件功能的目的。