基于S3C2410和CH7004的嵌入式系統(tǒng)VGA接口設(shè)計-技術(shù)方案

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1引言

嵌入式系統(tǒng)在各種領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，其中一種很常見的應(yīng)用是嵌入式Linux智能終端設(shè)備，針對工控領(lǐng)域的應(yīng)用特點，這種類型的設(shè)備往往集控制單元、顯示鍵盤單元、數(shù)據(jù)采集單元、GPIO單元以及通訊單元（以太網(wǎng)、GPRS、串口等）等于一體，可進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理和控制。

嵌入式系統(tǒng)的終端顯示傾向選擇LCD顯示器。但在大屏幕顯示情況下，大型工業(yè)級LCD液品顯示器造價高。選擇性少。而為嵌入式系統(tǒng)增加標(biāo)準(zhǔn)VGA接口可很好地解決該問題。支持VGA接口的顯示設(shè)備眾多且價格相對較低，而且顯示設(shè)備的更換不會對嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生影響。ARM9器件S3C2410在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。這里主要針對該處理器介紹基于CH7004的嵌入式系統(tǒng)VGA接口設(shè)計。該設(shè)計方案硬件設(shè)計和軟件實現(xiàn)簡單，成本較低，從而為嵌入式設(shè)備提供了簡單有效的大屏幕圖像顯示解決方案。

2VGA接口

說到VGA接口，相信很多朋友都不會陌生，因為這種接口是電腦顯示器上主要的接口，從塊頭巨大的CRT顯示器時代開始，VGA接口就被使用，并且一直沿用至今，另外VGA接口還被稱為D-Sub接口。很多人覺得只有HDMI接口才能進(jìn)行高清信號的傳輸，但這是一個大家很容易進(jìn)入的誤區(qū)，因為通過VGA的連接同樣可以顯示1080P的圖像，甚至分辨率可以達(dá)到更高，所以用它連接顯示設(shè)備觀看高清視頻時沒有問題的，而且雖然它是種模擬接口，但是由于VGA將視頻信號分解為R、G、B三原色和HV行場信號進(jìn)行傳輸，所以在在傳輸中的損耗還是相當(dāng)小的。

（1）VGA接口引腳表1為15針VGA接口引腳信號的定義列表。

（2）VGA接口時序VGA接口有多種時序，應(yīng)用時根據(jù)具體需要選擇不同的時序。圖1為640×480在60Hz模式下的VGA接口時序圖。

3.1.2LCD控制器內(nèi)部控制寄存器

LCD液晶顯示器是LiquidCrystalDisplay的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。它是從產(chǎn)品性能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)可行性的角度，考慮產(chǎn)品開發(fā)全生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、原材料的提取、產(chǎn)品的制造、包裝、銷售和使用、用后的回收與處置全過程）的污染預(yù)防要求，多級使用資源與能源，以降低產(chǎn)品生產(chǎn)和消費過程對環(huán)境的影響，使其與地球的承載能力相一致。

LCD控制器內(nèi)部有5個控制寄存器：LCDCON1~LCD-CON5.LCDCON1控制像素時鐘、掃描模式和顏色模式；LCDCON2控制幀同步脈沖寬度、幀有效行數(shù)及幀同步前、后的無效行數(shù)：LCDCON3主要控制行有效像素點數(shù)以及行同步前、后的無效像素點數(shù)：LCDCON4主要控制行同步脈沖寬度：LCDCON5主要控制行、場同步脈沖和數(shù)據(jù)有效信號極性，16位色顏色格式。數(shù)據(jù)輸出與像素時鐘跳變關(guān)系。

3.2CH7004器件簡介

CH7004是Chrontel公司生產(chǎn)的一款數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬的視頻編碼器，其內(nèi)部編碼器支持NSTL、PAL兩種視頻制式，通用數(shù)字輸入接口支持8、12、15、16和24位數(shù)字RGB或者YCrCb格式輸入，支持5種圖像分辨率，內(nèi)部集成3路相互獨立的高速視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可由用戶控制輸出模擬RGB或YUV,提供I2C接口供用戶控制器件工作模式。

4VGA接口設(shè)計

S3C2410處理器的LCD控制器用于產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)、VGA接口時序（640x480,60Hz）以及配置CH7004的工作模式。CH7004將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模擬化，終產(chǎn)生的模擬圖像信號供支持VGA接口的顯示器顯示。VGA接口的硬件連接見圖2.

這里選擇（640x480,60Hz）模式，是由實際需要和硬件特性決定的：（1）嵌入式系統(tǒng)中的圖像尺寸大多低于640x480,采用這種VGA模式顯示不會丟失任何原始圖像信息；（2）VGA的每種顯示模式所要求的像素時鐘不同，而S3C2410內(nèi)部LCD控制的像素時鐘由器件的主頻分頻而來，在各種分頻后的像素時鐘里只有25.25MHz（202MHz主頻進(jìn)行8分頻）與VGA模式中的（640x480,60Hz）模式所要求的像素時鐘25.175MHz為接近，微小的像素時鐘偏差不會影響VGA接口顯示；（3）16位色情況下，（640x480,60Hz）模式數(shù)據(jù)流帶寬為35.2MB/s,因而不會堵塞S3C2410數(shù)據(jù)總線，不影響處理器的其他控制、數(shù)據(jù)處理操作。

CH7004的數(shù)據(jù)輸入端口D0~D15與LCD控制器的相應(yīng)數(shù)據(jù)輸出端口連接，LCD控制器的像素時鐘VCLK通過XCLK端輸入CH7004內(nèi)部，ADDR為低設(shè)置CH7004的I2C總線地址，為0x76.CH7004輸出端需考慮視頻信號阻抗匹配問題，否則會出現(xiàn)圖像重影、雪花、或邊緣有波紋等問題。

5LCD控制器和CH7004配置

5.1LCD控制器的設(shè)置流程

將LCD控制器工作模式設(shè)置為（640x480,60Hz），16位色（5:6:5），TFT模式。

（1）將系統(tǒng)主時鐘（FCLK）設(shè)置為202MHz,外設(shè)時鐘（HCLK）設(shè)置為101MHz;

（2）將LCD控制器外部端口設(shè)置為TFT作模式；

（3）開辟1塊大小為600KB（640x480x2Bytes）用于存放數(shù)據(jù)的連續(xù)內(nèi)存區(qū)域；

（4）設(shè)置LCD控制器的控制邏輯寄存器LCDCON1~LCD-CON5.其中，LCDCON1:設(shè)置像素時鐘（VCLK）從系統(tǒng)主頻分頻的分頻系數(shù)CLKVAL=1,VM的觸發(fā)速率為每幀觸發(fā)，顯示模式TFT,單像素顏色位數(shù)16位。禁止LCD控制器數(shù)據(jù)輸出和控制信號產(chǎn)生ENVID=0;LCDCON2:設(shè)置幀同步后無效行數(shù)VBPD=32,幀有效行數(shù)LINEVAL=469;幀同步前無效行數(shù)VFPD=9,幀同步寬度VSPW=1;LCDCON3:行同步后無效像素點數(shù)HBPD=47,行有效像素點數(shù)HOZVAL=639,行同步前無效像素點數(shù)HFPD=15;LCDCON4:行同步寬度HSPW=95;LCDCON5:圖像在內(nèi)存的存儲方式設(shè)置為小端存儲BPP24BL=0.16位色圖像為5:6:5格式FRM=1,像素時鐘VCLK設(shè)置為上升沿傳輸一個像素數(shù)據(jù)，行同步脈沖設(shè)置為負(fù)脈沖有效INVVUNE=1,幀同步脈沖設(shè)置為負(fù)脈沖有效IN-VFRAME=1,LEND信號極性設(shè)置正常模式INVLEND=0,PWREN信號設(shè)置有效設(shè)置PWREN=1,LEND信號輸出為允許ENLEND=1.

（5）允許視頻數(shù)據(jù)輸出和時序控制ENVID=1.

5.2CH7004工作模式配置

CH7004C內(nèi)部有25個工作模式控制寄存器。與此設(shè)計模式相關(guān)的寄存器有4個：顯示模式寄存器（DisplayMode），輸入數(shù)據(jù)模式寄存器（InputDataFormat），時鐘模式寄存器（ClockMode），同步信號極性寄存器（SyncPolarity）。通過配置CH7004內(nèi)部工作模式控制寄存器的使CH7004與LCD控制器工作相對應(yīng)。

將CH7004工作模式設(shè)置為與國LCD控制器相一致。圖像大小為640x480,輸入數(shù)據(jù)為16位5:6:5格式。數(shù)據(jù)不經(jīng)制式編碼器而直接送人內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器。對CH7004的配置順序為：（1）DisplayMode寄存器設(shè)置640x480顯示模式，可選擇的模式為13~17.（2）InputDataFormat寄存器設(shè)置為16位色。RGB5:6:5格式，RGB信號旁路。選擇旁路模式使得RGB輸入圖像信號不經(jīng)視頻編碼器而直接送入D/A轉(zhuǎn)換器。（3）ClockMode寄存器設(shè)置為像素時鐘上升沿鎖存圖像信號。（4）SyncPolarity寄存器設(shè)置行、場同步負(fù)脈沖有效，行、場同步信號由外部處理器產(chǎn)生并南CH7004的V、H端口輸入。在實際操作中，系統(tǒng)上電后，處理器只需配置CH7004內(nèi)部的輸入數(shù)據(jù)模式（InputDataFormat）寄存器，其他寄存器直接使用復(fù)位默認(rèn)值。

5.3CH7004的I2C總線配置時序

S3C241O配置CH7004的I2C總線的步驟：（1）在I2C總線上首先產(chǎn)生CH7004片選地址0x76和讀寫位（0:寫；1:讀）；（2）產(chǎn)生某一寄存器的片內(nèi)偏移地址；（3）產(chǎn)生配置數(shù)據(jù)。PC控制器一個操作步驟結(jié)束后，必須等獲得CH7004發(fā)出正確操作答復(fù)，才能繼續(xù)執(zhí)行下一步操作。圖3為CH7004的I2C讀寫時序圖。

6測試與結(jié)論

實驗證明。色條圖像通過VGA接口在顯示器上顯示效果良好。介紹的VGA接口設(shè)計方法使用S3C2410處理器和CH7004視頻編碼器件，具有硬件設(shè)計、軟件實現(xiàn)簡單，價格低廉的特點。為嵌入式設(shè)備提供了簡單有效的大屏幕圖像顯示解決方案。

參考文獻(xiàn):

[1].GPRSdatasheet/datashe