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基于SA1110的掌上電腦LCD的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：對(duì)基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的控制器、接口、顯示原理、驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行了介紹。結(jié)合正在從事的HPC項(xiàng)目，提出了基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的設(shè)計(jì)方案。隨著以網(wǎng)絡(luò)為代表的新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，PC已失去昔日光采，智能3C產(chǎn)品（Computer、Communication and Consumer）將掀起新的一波巨浪。掌上電腦作為智能3C產(chǎn)品的代表之一，以其傳輸迅速、應(yīng)用方便、功能多樣等特點(diǎn)，正成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，深受消費(fèi)者的青睞。
目前，掌上電腦CPU中比較流行的有MIPS系列、SuperH系列、DragonBall系列以及ARM系列。在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，除了部分采用Linux和自行開發(fā)的操作系統(tǒng)外，大部分產(chǎn)品采用Palm OS、Windows CE和EPOC操作系統(tǒng)。
為了在掌上電腦這一嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域中占有一度之地，清華大學(xué)自動(dòng)系和深圳翔龍公司決定開發(fā)具有民族自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的掌上電腦。這就需要選好和開發(fā)出自己的硬件平臺(tái)；同時(shí)還要開發(fā)自己的嵌入式Linux操作系統(tǒng)；在硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之上，再開發(fā)各種具體的應(yīng)用程序，以滿足特定用戶的需求。本文介紹的液晶顯示器的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。
1 硬件電路組成
基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的硬件電路如圖1所示。主要由三部分組成：LCD控制器、專用集成電路芯片CPLD和液晶顯示屏LCD。
2 SA1110的LCD控制器
SA1110的芯片內(nèi)部集成了LCD控制器，該控制器有三種顯示類型：
·無(wú)源彩色模式：支持3375種彩色，每幀允許顯示256種彩色；
·有源彩色模式：支持高達(dá)65536種彩色（16位）；
·無(wú)源黑白模式：支持15級(jí)灰度。
LCD控制器支持高達(dá)1024×1024象素的顯屏。然而在幀存儲(chǔ)器中，由于存儲(chǔ)器的總線寬度、象素編碼數(shù)據(jù)的大小限制了LCD能驅(qū)動(dòng)的顯示屏幕的大小。LCD控制器也支持單屏和雙屏顯示。象素編碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中，LCD的雙通道DMA控制器可根據(jù)具體情況把數(shù)據(jù)裝入一個(gè)5單元（32位長(zhǎng)）的隊(duì)列緩沖器中。DMA控制器的一個(gè)通道用于單屏顯示，另一個(gè)用于雙屏顯示。
在幀存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)著象素編碼數(shù)據(jù)。LCD控制器將其用作指針去索引一個(gè)256單元12位寬的調(diào)色板。黑白調(diào)色板4位寬，彩色調(diào)色板12位寬。來(lái)自幀存儲(chǔ)器的象素編碼數(shù)據(jù)（4位）尋址黑白調(diào)色板的頂部16單元；8位象素編碼數(shù)據(jù)可訪問(wèn)調(diào)色板中的256單元的任意一個(gè)。在無(wú)源彩色12位象素模式下，彩色象素?cái)?shù)據(jù)旁路掉彩色調(diào)色板并且直接送到LCD的抖動(dòng)邏輯電路。在有源彩色16位象素模式下，彩象素?cái)?shù)據(jù)不僅旁路掉彩色調(diào)色板，而且旁路掉LCD的抖動(dòng)邏輯電路，并直接送到LCD的數(shù)據(jù)管腳。一旦4位或8位的象素編碼數(shù)據(jù)選定了一個(gè)調(diào)色板單元，在這個(gè)單元中被編碼的值就被傳送到抖動(dòng)邏輯電路。抖動(dòng)邏輯電路使用一種空基和時(shí)基算法產(chǎn)生輸出到屏幕的象素?cái)?shù)據(jù)。抖動(dòng)邏輯促使每一個(gè)象素以不同的速率在每一幀上關(guān)斷，從而給黑白屏產(chǎn)生15級(jí)灰度，為彩色屏幕的紅、綠、藍(lán)三基色中的每一種都產(chǎn)生15級(jí)色度，總計(jì)為3375種彩色（每幀可獲得256種彩色）。來(lái)自抖動(dòng)邏輯電路的輸出數(shù)據(jù)在被輸出到LCD引腳和象素時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)顯示器之前，被放置在一個(gè)9單元的引腳數(shù)據(jù)隊(duì)列緩沖區(qū)內(nèi)。
根據(jù)所使用的顯示屏類型，可將LCD控制器編程為4位、8位或16位的象素?cái)?shù)據(jù)引腳。單屏黑白顯示器在每個(gè)象素時(shí)鐘周期內(nèi)既可以采用4位也可以采用8位的數(shù)據(jù)引腳去輸出4位或8位的象素。單屏彩色顯示器可以采用8位的數(shù)據(jù)引腳在每個(gè)象素時(shí)鐘周期內(nèi)去輸出2～2/3位的象素（8引腳/3種色彩/每個(gè)象素）。LCD控制器也支持雙屏顯示。雙屏顯示促使LCD控制器數(shù)據(jù)行被分成兩組，一組驅(qū)動(dòng)上半屏，另一組驅(qū)動(dòng)下半屏。
在此方案中，選擇了無(wú)源彩色模式。在此模式下，SA1110 LCD控制器的控制過(guò)程如圖2所示。
CPLD PZ3128是Philips公司的專用集成芯片。由于手持設(shè)備的液晶顯示屏種類繁多，各廠家的標(biāo)準(zhǔn)不一致使SA1110的LCD控制器與SHARP公司的3.9寸TFT有源型彩色液晶顯示器在數(shù)據(jù)格式及顯示時(shí)序上無(wú)法匹配。因此，對(duì)CPLD PZ3128編程，可為不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行映射，為不同類型的LCD屏配置專用的ASIC芯片。
SA1110 LCD控制器由以下引腳組成：
·LDD[0～7]：7位數(shù)據(jù)線，用于4位和8位顯示模式，同時(shí)也是16位TFT方式的低8位；
·GPIO[2～9]：當(dāng)采用的液晶模塊是16位TFT方式時(shí)，構(gòu)成數(shù)據(jù)線的高8位；
·L_PCLK：點(diǎn)時(shí)鐘（Pixel clock），用于把每一點(diǎn)的數(shù)據(jù)送入移位寄存器；
·L_LCLK：行時(shí)鐘（Line clock），用于指示一行數(shù)據(jù)由移位寄存器到顯示驅(qū)動(dòng)芯片傳輸完畢，并使得行指針加1。在16位TFT方式下，就是水平同步信號(hào)；
·L_FCLK：幀時(shí)鐘（Frame clock），用于指示一幀圖像的開始，同時(shí)把行指針置于顯示屏的第一行。在16位TFT方式下，就是垂直同步信號(hào)；
·L_BIAS:在16位TFT方式下，輸出允許信號(hào)，用于指示數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的同步下，鎖存到引腳。
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