基于嵌入式CPU S3C2440的VGA顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于嵌入式CPU S3C2440的VGA顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：基于VGA接口時(shí)序，以高性能視頻D/A芯片ADV7120為核心。實(shí)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S3C24 40自帶的LCD控制器產(chǎn)生符合VGA顯示要求的時(shí)序邏輯，另一方面通過(guò)LCD數(shù)據(jù)線將數(shù)字RGB信號(hào)傳遞給具有8路通道的視頻D/A芯片ADV7120，產(chǎn)生VGA顯示需要的模擬色彩信號(hào)。通過(guò)TFTLCD掃描顯示的時(shí)序與VGA掃描顯示時(shí)序的匹配，驅(qū)動(dòng)VGA顯示屏。該系統(tǒng)能夠達(dá)到正常顯示色彩信息的要求，且價(jià)格低廉，適用于對(duì)顯示效果要求不苛刻，但要求大尺寸顯示屏且對(duì)價(jià)格敏感的嵌入式應(yīng)用中。目前很多SOC廠

2、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(shù)。但是在需要大屏幕顯示、對(duì)分辨率要求不高的場(chǎng)合，如車間、廠房，采用大屏幕LCD則成本過(guò)高。另一方面，VGA顯示技術(shù)因?yàn)榧夹g(shù)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(biāo)準(zhǔn)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S3CC2440的的VGA顯示示技術(shù)分析通過(guò)分析VGAA顯示技術(shù)的的時(shí)序邏輯與與S3C24440內(nèi)部集集成LCD控控制器驅(qū)動(dòng)TTFT LCCD的時(shí)序邏邏輯

3、，找出它它們的共同點(diǎn)點(diǎn)，分析在SS3C24440上應(yīng)用VVGA顯示接接口的可行性性。1.1 VGAA顯示原理VGA（Viddeo Grraphiccs Arrrnay）是是IBM公司司提出的目前前仍然廣泛應(yīng)應(yīng)用于PC的的顯示接口。該該接口具有分分辨率高、顯顯示速率快、顏顏色豐富等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，在彩色色顯示器領(lǐng)域域得到了廣泛泛的應(yīng)用。VVGA接口在在物理上表現(xiàn)現(xiàn)為DB155的插座，其其中VGA適適配器端使用用的是陰性DDB15標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的接口。其其引腳定義如如表1所示。表1 VGA適適配器引腳定定義VGA接口使用用模擬RGBB通道，逐點(diǎn)點(diǎn)、逐行掃描描。其時(shí)序如如圖1所示。VVGA接口信信號(hào)為模擬信信號(hào)，其

4、關(guān)鍵鍵信號(hào)有5個(gè)個(gè)，分別是HHorizoontal Sync水水平同步信號(hào)號(hào)（也叫行同同步信號(hào)），垂垂直同步信號(hào)號(hào)Vertiical SSync（也也叫場(chǎng)同步信信號(hào)），紅色色模擬信號(hào)，綠綠色模擬信號(hào)號(hào)和籃色模擬擬信號(hào)。電子子槍從左至右右，從上而下下的進(jìn)行掃描描，每行結(jié)束束時(shí)，用行同同步信號(hào)進(jìn)行行同步。掃描描完所有的行行后用場(chǎng)同步步信號(hào)進(jìn)行場(chǎng)場(chǎng)同步。因電電子槍偏轉(zhuǎn)需需要時(shí)間，所所以掃完回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中，要對(duì)電電子槍進(jìn)行消消隱控制，在在每行結(jié)束后后的回轉(zhuǎn)過(guò)程程中進(jìn)行行消消隱，在每場(chǎng)場(chǎng)結(jié)束后的回回轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)進(jìn)行場(chǎng)消隱。消消隱過(guò)程中不不發(fā)送電子束束。圖1 VGA的的掃描時(shí)序1. 2 TFFT LCDD顯示屏掃

5、描描時(shí)序分析基于ARM9220T內(nèi)核的的S3C24440芯片外外圍集成了LLCD控制器器，LCD控控制器被用來(lái)來(lái)向LCD傳傳輸圖像數(shù)據(jù)據(jù)，并提供必必要的控制信信號(hào)，比如VVFRAMEE、VLINNE、VCLLK、VM等等。除此之外外，LCD控控制器還包括括一組控制寄寄存器：LCCDCON11寄存器、LLCDCONN2寄存器、LLCDCONN3寄存器、LLCDCONN4寄存器、LLCD COON5寄存器器。這些寄存存器的設(shè)置與與顯示屏信息息、控制時(shí)序序和數(shù)據(jù)傳輸輸格式等密切切相關(guān)，在設(shè)設(shè)計(jì)中需要根根據(jù)顯示設(shè)備備的具體信息息正確設(shè)置這這些寄存器才才能使S3CC2440正正常控制驅(qū)動(dòng)動(dòng)不同的顯示示屏

6、。典垂的TFT液液晶顯示屏的的掃描對(duì)序如如圖2所示。圖2 典型TFFT LCDD掃描時(shí)序其中主要包括：1）幀（垂直）同同步（VSYYNC）：用用高電平（或或低電平）表表示掃描一幀幀的起始。2）行（水平）同同步（HSYYNC）：用用高電平（或或低電平）表表示掃描一行行的起始。3）時(shí)鐘（VCCLK）：通通過(guò)上升沿（或或下降沿）把把數(shù)據(jù)寫入液液晶屏。4）數(shù)據(jù)有效控控制（VDEEN）：表示示是否開啟TTFT輸出。5）數(shù)據(jù)信號(hào)（VVD）：表示示每個(gè)點(diǎn)的顏顏色，通常有有16位、118位、244位等模式。通過(guò)對(duì)比VGAA接口的時(shí)序序和TFT LCD液晶晶顯示屏的掃掃描時(shí)序，可可以看出它們們很相似。這這就為用

7、LCCD控制器驅(qū)驅(qū)動(dòng)VGA顯顯示屏提供了了內(nèi)在的可能能性。而且一一旦實(shí)現(xiàn)了這這種轉(zhuǎn)接方案案，由于是由由硬件實(shí)現(xiàn)的的兩種接口的的電氣轉(zhuǎn)換，不不需要寫任何何驅(qū)動(dòng)程序，是是在嵌入式系系統(tǒng)平臺(tái)上擴(kuò)擴(kuò)展VGA接接口的最方便便的方案。比比較兩種接口口的特性，要要實(shí)現(xiàn)從TFFT時(shí)序到VVGA時(shí)序的的轉(zhuǎn)換，需要要解決的向題題有：1）TFT液晶晶掃描同步信信號(hào)和VGAA同步信號(hào)的的電平問(wèn)題。2）TFT液晶晶控制器的輸輸出是RGBB數(shù)字接口，而而VGA的紅紅綠藍(lán)通道時(shí)時(shí)模擬量，兩兩者需要通過(guò)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換換。使用D/A要考慮轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換通道數(shù)等等問(wèn)題。其中中，為滿足真真彩色（244位）的要求求，8

8、位的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換精度就可可以?；赩VGA對(duì)幀頻頻的要求，每每個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換換頻率必須大大于27 MMHz，同時(shí)時(shí)，必須至少少有3個(gè)通道道同時(shí)轉(zhuǎn)換，以以滿足紅綠藍(lán)藍(lán)（RGB）33個(gè)通道的輸輸出。針對(duì)這種轉(zhuǎn)換的的D/A通常常稱為視頻DD/A，本設(shè)設(shè)計(jì)采用ATTI公司的視視頻D/A芯芯片ADV77120。1.3 ADVV7120簡(jiǎn)簡(jiǎn)介ADV71200是美國(guó)ADDI公司生產(chǎn)產(chǎn)的高速視頻頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯芯片，其像素素掃描時(shí)鐘頻頻率有30、550、80 MHz 33個(gè)等級(jí)。AADV71220在單芯片片上集成了33個(gè)獨(dú)立的88位高速D/A轉(zhuǎn)換器，可可以分別處理理紅、綠、藍(lán)藍(lán)視頻數(shù)據(jù)，特特別適用于高高分辨率模擬擬接口的顯

9、示示終端和要求求高速D/AA轉(zhuǎn)換的應(yīng)用用系統(tǒng)。ADV71200的輸入及控控制信號(hào)非常常簡(jiǎn)單：3組組8位的數(shù)字字視頻數(shù)據(jù)輸輸入端，分別別對(duì)應(yīng)RGBB視頻數(shù)據(jù)，數(shù)數(shù)據(jù)輸入端采采用標(biāo)準(zhǔn)TTTL電平接口口；4條視頻頻控制信號(hào)線線包括復(fù)合同同步信號(hào)SYYNC、消隱隱信號(hào)BLAANK、白電電平參考信號(hào)號(hào)REFWHHITE和像像索時(shí)鐘信號(hào)號(hào)CLOCKK;外接一個(gè)個(gè)1.23 V數(shù)模轉(zhuǎn)換換參考電壓源源和1個(gè)輸出出滿度調(diào)節(jié)。只只有4條輸出出信號(hào)線：模模擬RGB信信號(hào)采用高阻阻電流源輸出出方式，可以以直接驅(qū)動(dòng)775 同軸軸傳輸線；同同步參考電流流輸出信號(hào)IIsync用用來(lái)在綠視頻頻模擬信號(hào)中中編碼視頻同同步信息。2

10、 VGA接口口電路設(shè)計(jì) 如前所所述，VGAA接口的時(shí)序序和LCD掃掃描式接口的的時(shí)序是一致致的，利用AADV71220組成的TTFT液晶時(shí)時(shí)序到VGAA接口的轉(zhuǎn)換換模塊結(jié)構(gòu)框框圖如圖3所所示。圖3 VGA接接口電路組成成框圖根據(jù)ADV71120的數(shù)據(jù)據(jù)手冊(cè)，ADDV71200對(duì)參考電平平的要求度很很高，不能以以電阻分壓電電路代替。本本設(shè)計(jì)中采用用了1.2335 V電壓壓基準(zhǔn)芯片AAD589來(lái)來(lái)產(chǎn)生參考電電壓。3 VGA顯示示模式的選擇擇及S3C22440 LLCD coontrolller中相相應(yīng)控制寄存存器的設(shè)置最初VGA的顯顯示包含幾種種模式，最初初VGA的分分辨率被定義義為640 xx4

11、80，接接著更高分辨辨率的SVGGA、XVGGA等標(biāo)準(zhǔn)在在此基礎(chǔ)上被被提出，接口口上都兼容VVGA標(biāo)準(zhǔn)，所所以，習(xí)慣上上把所有這種種接口都稱為為VGA接口口。不同的顯顯示模式對(duì)應(yīng)應(yīng)的VGA時(shí)時(shí)序中的時(shí)間間參數(shù)不同，選選定一種顯示示模式后，就就要配置LCCD控制器，使使其產(chǎn)生的時(shí)時(shí)序參數(shù)符合合VGA模式式的要求，這這樣才能成功功驅(qū)動(dòng)VGAA接口，否則則VGA顯示示端會(huì)閃爍、模模糊甚至不顯顯示。在這里選擇分辨辨率為6400 x480、刷刷新頻率為660 Hz、116位彩色的的VGA顯示示模式，并在在此模式下完完成對(duì)LCDD控制器相關(guān)關(guān)寄存器的配配置。使LCCD控制器輸輸出的時(shí)序邏邏輯能符合該該模式

12、下VGGA顯示的要要求。在該模模式下VGAA接口同步信信號(hào)時(shí)序如圖圖4所示。圖4 VGA接接口同步信號(hào)號(hào)時(shí)序下面根據(jù)圖4的的VGA接口口同步信號(hào)時(shí)時(shí)序?qū)χ饕牡腖CD控制制器中的控制制寄存器進(jìn)行行配置：1）LCDCOON1寄存器器CLKVAL：確定VCLLK頻率的參參數(shù)。公式為為VCLK-HCLK/（CLKKVAL+11）x2。在在本設(shè)計(jì)中SS3C24440的HCLLK=1000 MHz，顯顯示屏需要VVCLK=220MHz，故故需設(shè)置CLLKVAL=1.BPPMODEE：確定BPPP（每像素素位散）。選選擇BPPMMODE=00 xC，即選選擇TFT 16位模式式。2）LCDCOON2寄存器

13、器VBPD：確定定幀同步信號(hào)號(hào)和幀數(shù)據(jù)傳傳輸前的時(shí)延延，是幀數(shù)據(jù)據(jù)傳輸前延遲遲時(shí)間和行同同步時(shí)鐘間隔隔寬度的比值值，參照?qǐng)D44中的時(shí)間數(shù)數(shù)據(jù)可知，VVBPD=tt3/t6=1.02 ms/311.77 s=32.LINEVALL：確定顯示示的垂直方向向大小。公式式：LINEEVAL=YYSIZE-1=4799.VFPD：確定定幀數(shù)據(jù)傳輸輸完成后到下下一幀同步信信號(hào)到來(lái)的一一段延時(shí)，是是幀數(shù)據(jù)傳輸輸后延遲時(shí)間間和行同步時(shí)時(shí)鐘間隔寬度度的比值，參參照?qǐng)D4中的的時(shí)間數(shù)據(jù)可可知，VFPPD=t5/t6=0.35 mss/31.777s=111.VSPW：確定定幀同步時(shí)鐘鐘脈沖寬度，是是幀同步信號(hào)號(hào)時(shí)鐘

14、寬度和和行同步時(shí)鐘鐘間隔寬度的的比值。如圖圖4，VSPPW=t2/t6=0.06 mss/31.777 s=2.3）LCDCOON3寄存器器HBPD：確定定行同步信號(hào)號(hào)和行數(shù)據(jù)傳傳輸前的一段段延時(shí)，描述述行數(shù)據(jù)傳輸輸前延遲時(shí)間間內(nèi)VCLKK脈沖個(gè)數(shù)，如如圖4，VBBPD=t77xVCLKK=1.899 sx225 MHzz=47.HOZAL：確確定顯示的水水平方向尺寸寸。這里HOOZAL=XXSIZE-1=6399.HFPD：確定定行數(shù)據(jù)傳輸輸完成后到下下一行同步信信號(hào)到來(lái)的一一段延遲時(shí)間間，描述行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸后延延遲時(shí)間內(nèi)VVCLK脈沖沖個(gè)數(shù)，如圖圖4，HFPPD=t9xxVC LKK=0.9

15、44 sx225 MHzz=24.4）LCDCOON4寄存器器HSPW：確定定行同步時(shí)鐘鐘脈沖寬度。描描述行同步脈脈沖寬度時(shí)間間內(nèi)VCLKK脈沖個(gè)數(shù)，如如圖4，HSSPW=3.77 ssx25 MMHz=944.5）LCDCOON5寄存器器BPP24BLL：確定數(shù)據(jù)據(jù)存儲(chǔ)格式。此此處設(shè)置BPPP24BLL=0 x0，即即選擇小端模模式存放FRM565：確定16位位數(shù)據(jù)輸出格格式。設(shè)置FFRM5655=0 x1，即即選擇5:66：5的輸出出格式。通過(guò)如上的方式式設(shè)計(jì)VGAA接口電路并并相應(yīng)的設(shè)置置LCD控制制器寄存器，實(shí)實(shí)現(xiàn)了LCDD數(shù)字輸出與與D/A轉(zhuǎn)換換的無(wú)縫連接接，不需要任任何額外的驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序就可可以將原來(lái)在在LCD上輸輸出的圖像信信息輸出到VVGA顯示屏屏上。4 測(cè)試與結(jié)論論本設(shè)計(jì)通過(guò)分析析VGA接口口時(shí)序與S33C24400TFT LLCD接口時(shí)時(shí)序的相同點(diǎn)點(diǎn)，論證了用用S3C24440自帶的的LCD ccontrooler來(lái)驅(qū)驅(qū)動(dòng)VGA顯顯示器的可行行性，時(shí)