基于嵌入式CPUS3C2440的VGA顯示系統(tǒng)設計

基于嵌入式CPUS3c2440的VGA顯示系統(tǒng)設計摘要：基于VGA接口時序，以高性能視頻D/A芯片ADV7120為核心。實現(xiàn)了基于嵌入式CPUS3c2440的VGA顯示子系統(tǒng)。系統(tǒng)一方面利用S3c2440自帶的LCD控制器產生符合VGA顯示要求的時序邏輯，另一方面通過LCD數(shù)據(jù)線將數(shù)字RGB信號傳遞給具有8路通道的視頻D/A芯片ADV7120，產生VGA顯示需要的模擬色彩信號。通過TFTLCD掃描顯示的時序與VGA掃描顯示時序的匹配，驅動VGA顯示屏。該系統(tǒng)能夠達到正常顯示色彩信息的要求，且價格低廉，適用于對顯示效果要求不苛刻，但要求大尺寸顯示屏且對價格敏感的嵌入式應用中。目前很多SOC廠商的微處理器芯片都集成了LCD控制器，如三星公司的S3c2410.S3c2440，Intel的Xscale系列等。大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)也采用流行的LCD顯示技術。但是在需要大屏幕顯示、對分辨率要求不高的場合，如車間、廠房，采用大屏幕LCD則成本過高。另一方面，VGA顯示技術因為技術發(fā)展成熟，成本低廉，仍在被大量使用，直到今天它仍是所有顯示終端最為成熟的標準接口。如果讓嵌入式處理器直接支持VGA顯示器，則能很大地利用現(xiàn)有資源，節(jié)約系統(tǒng)成本。1基于S3C2440的VGA顯示技術分析通過分析VGA顯示技術的時序邏輯與S3C2440內部集成LCD控制器驅動TFTLCD的時序邏輯，找出它們的共同點，分析在S3C2440上應用VGA顯示接口的可行性。1.1VGA顯示原理VGA（VideoGraphicsArrnay）是IBM公司提出的目前仍然廣泛應用于PC的顯示接口。該接口具有分辨率高、顯示速率快、顏色豐富等優(yōu)點，在彩色顯示器領域得到了廣泛的應用。VGA接口在物理上表現(xiàn)為DB15的插座，其中VGA適配器端使用的是陰性DB15標準的接口。其引腳定義如表1所示。引腳說明引腳說明i紅色模擬信號9空，無引腳2綠色模擬信號10同步地3藍色模擬信號HID0,地址碼41D2.地址碼121DHSDA)5CND,數(shù)字地13彳I同步6紅色模擬地J4幀同步7綠色模擬地1511)3(SCL)8藍色模擬地表1VGA適配器引腳定義VGA接口使用模擬RGB通道，逐點、逐行掃描。其時序如圖1所示。VGA接口信號為模擬信號，其關鍵信號有5個，分別是HorizontalSync水平同步信號（也叫行同步信號），垂直同步信號VerticalSync（也叫場同步信號），紅色模擬信號，綠色模擬信號和籃色模擬信號。電子槍從左至右，從上而下的進行掃描，每行結束時，用行同步信號進行同步。掃描完所有的行后用場同步信號進行場同步。因電子槍偏轉需要時間，所以掃完回轉中，要對電子槍進行消隱控制，在每行結束后的回轉過程中進行行消隱，在每場結束后的回轉過程中進行場消隱。消隱過程中不發(fā)送電子束。［」表示信號有效圖1VGA的掃描時序1.2TFTLCD顯示屏掃描時序分析基于ARM920T內核的S3c2440芯片外圍集成了LCD控制器，LCD控制器被用來向LCD傳輸圖像數(shù)據(jù)，并提供必要的控制信號，比如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。除此之外，LCD控制器還包括一組控制寄存器：LCDCON1寄存器、LCDCON2寄存器、LCDCON3寄存器、LCDCON4寄存器、LCDCON5寄存器。這些寄存器的設置與顯示屏信息、控制時序和數(shù)據(jù)傳輸格式等密切相關，在設計中需要根據(jù)顯示設備的具體信息正確設置這些寄存器才能使S3C2440正?？刂乞寗硬煌娘@示屏。典垂的TFT液晶顯示屏的掃描對序如圖2所示。VSYNCHSYNCVDENIISYNCVCLKVSYNCHSYNCVDENIISYNCVCLKVDVDENLENDUljlluljljljiJlji(III IvK)!!IPI II:HmhrninnnnnnimhhiiMniLIII ：IuTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"IIhmnxxxx口Hi—I?I !II1 f : i i|ii ：ik ti ：i；nr*飛p踴hozvaL+i'hfpd+jHSPW+1圖2典型TFTLCD掃描時序其中主要包括：1）幀（垂直）同步（VSYNC）：用高電平（或低電平）表示掃描一幀的起始。2）行（水平）同步（HSYNC）：用高電平（或低電平）表示掃描一行的起始。3）時鐘（VCLK）：通過上升沿（或下降沿）把數(shù)據(jù)寫入液晶屏。4）數(shù)據(jù)有效控制（VDEN）：表示是否開啟TFT輸出。5）數(shù)據(jù)信號（VD）：表示每個點的顏色，通常有16位、18位、24位等模式。通過對比VGA接口的時序和TFTLCD液晶顯示屏的掃描時序，可以看出它們很相似。這就為用LCD控制器驅動VGA顯示屏提供了內在的可能性。而且一旦實現(xiàn)了這種轉接方案，由于是由硬件實現(xiàn)的兩種接口的電氣轉換，不需要寫任何驅動程序，是在嵌入式系統(tǒng)平臺上擴展VGA接口的最方便的方案。比較兩種接口的特性，要實現(xiàn)從TFT時序到VGA時序的轉換，需要解決的向題有：1）TFT液晶掃描同步信號和VGA同步信號的電平問題。2）TFT液晶控制器的輸出是RGB數(shù)字接口，而VGA的紅綠藍通道時模擬量，兩者需要通過D/A轉換。使用D/A要考慮轉換精度、轉換速度、轉換通道數(shù)等問題。其中，為滿足真彩色（24位）的要求，8位的轉換精度就可以?；赩GA對幀頻的要求，每個點的轉換頻率必須大于27MHz，同時，必須至少有3個通道同時轉換，以滿足紅綠藍（RGB）3個通道的輸出。針對這種轉換的D/A通常稱為視頻D/A，本設計采用ATI公司的視頻D/A芯片ADV7120。1.3ADV7120簡介ADV7120是美國ADI公司生產的高速視頻數(shù)模轉換芯片，其像素掃描時鐘頻率有30、50、80MHz3個等級。ADV7120在單芯片上集成了3個獨立的8位高速D/A轉換器，可以分別處理紅、綠、藍視頻數(shù)據(jù)，特別適用于高分辨率模擬接口的顯示終端和要求高速D/A轉換的應用系統(tǒng)。ADV7120的輸入及控制信號非常簡單：3組8位的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)輸入端，分別對應RGB視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入端采用標準TTL電平接口；4條視頻控制信號線包括復合同步信號SYNC、消隱信號BLANK、白電平參考信號REFWHITE和像索時鐘信號CLOCK;外接一個1.23V數(shù)模轉換參考電壓源和1個輸出滿度調節(jié)。只有4條輸出信號線：模擬RGB信號采用高阻電流源輸出方式，可以直接驅動75同軸傳輸線；同步參考電流輸出信號Isync用來在綠視頻模擬信號中編碼視頻同步信息。2VGA接口電路設計如前所述，VGA接口的時序和LCD掃描式接口的時序是一致的，利用ADV7120組成的TFT液晶時序到VGA接口的轉換模塊結構框圖如圖3所示。圖3VGA接口電路組成框圖根據(jù)ADV7120的數(shù)據(jù)手冊，ADV7120對參考電平的要求度很高，不能以電阻分壓電路代替。本設計中采用了1.235V電壓基準芯片AD589來產生參考電壓。3VGA顯示模式的選擇及S3C2440LCDcontroller中相應控制寄存器的設置最初VGA的顯示包含幾種模式，最初VGA的分辨率被定義為640x480，接著更高分辨率的SVGA、XVGA等標準在此基礎上被提出，接口上都兼容VGA標準，所以，習慣上把所有這種接口都稱為VGA接口。不同的顯示模式對應的VGA時序中的時間參數(shù)不同,

選定一種顯示模式后，就要配置LCD控制器，使其產生的時序參數(shù)符合VGA模式的要求，這樣才能成功驅動VGA接口，否則VGA顯示端會閃爍、模糊甚至不顯示。在這里選擇分辨率為640x480、刷新頻率為60Hz、16位彩色的VGA顯示模式，并在此模式下完成對LCD控制器相關寄存器的配置。使LCD控制器輸出的時序邏輯能符合該模式下VGA顯示的要求。在該模式下VGA接口同步信號時序如圖4所示。垂直同步信號i=15.25ms-垂直同步信號i=15.25ms-~~J >>ins才產Cl061ns/?3I.77PLst=25.17t=25.17ps— n—)94收下一行480X行視頻信號視頻信號圖4VGA接口同步信號時序下面根據(jù)圖4的VGA接口同步信號時序對主要的LCD控制器中的控制寄存器進行配置：1)LCDCON1寄存器CLKVAL：確定VCLK頻率的參數(shù)。公式為VCLK-HCLK/[(CLKVAL+1)x2]。在本設計中S3C2440的HCLK=100MHz,顯示屏需要VCLK=20MHz,故需設置CLKVAL=1.BPPMODE：確定BPP(每像素位散)。選擇BPPMODE=0xC,即選擇TFT16位模式。LCDCON2寄存器VBPD：確定幀同步信號和幀數(shù)據(jù)傳輸前的時延，是幀數(shù)據(jù)傳輸前延遲時間和行同步時TOC\o"1-5"\h\z鐘間隔寬度的比值，參照圖4中的時間數(shù)據(jù)可知，VBPD=t3/t6=1.02 /31.77 =32.LINEVAL：確定顯示的垂直方向大小。公式：LINEVAL=YSIZE-1=479.VFPD：確定幀數(shù)據(jù)傳輸完成后到下一幀同步信號到來的一段延時，是幀數(shù)據(jù)傳輸后延遲時間和行同步時鐘間隔寬度的比值，參照圖4中的時間數(shù)據(jù)可知，VFPD=t5/t6=0.35/31.77 =11.VSPW：確定幀同步時鐘脈沖寬度，是幀同步信號時鐘寬度和行同步時鐘間隔寬度的比值。如圖4,VSPW=t2/t6=0.06 /31.77 =2.LCDCON3寄存器HBPD：確定行同步信號和行數(shù)據(jù)傳輸前的一段延時，描述行數(shù)據(jù)傳輸前延遲時間內VCLK脈沖個數(shù)，如圖4,VBPD=t7xVCLK=1.89 x25MHz=47.HOZAL：確定顯示的水平方向尺寸。這里HOZAL=XSIZE-1=639.HFPD：確定行數(shù)據(jù)傳輸完成后到下一行同步信號到來的一段延遲時間，描述行數(shù)據(jù)傳輸后延遲時間內VCLK脈沖個數(shù)，如圖4,HFPD=t9xVCLK=0.94 x25MHz=24.LCDCON4寄存器HSPW：確定行同步時鐘脈沖寬度。描述行同步脈沖寬度時間內VCLK脈沖個數(shù)，如圖4,HSPW=3.77 x25MH=4.LCDCON5寄存器BPP24BL：確定數(shù)據(jù)存儲格式。此處設置BPP24BL=0x0，即選擇小端模式存放FRM565：確定16位數(shù)據(jù)輸出格式。設置FRM565=0x1，即選擇5:6：5的輸出格式。通過如上的方式設計VGA接口電路并相應的設置LCD控制器寄存器，實現(xiàn)了LCD數(shù)字輸出與D/A轉換的無縫連接，不需要任何額外的驅動程序就可以將原來在LCD上輸出的圖像信息輸出到VGA顯示屏上。4測試與結論本設計通過分析VGA接口時序與S3C2440TFTLCD接口時序的相同點，論證了用S3C2440