产品编号：1006-6268（2008）07-0028-05由于便携式嵌入式产品中液晶显示器的日益普及，本文档基于Altera的Nios II处理器，在芯片上完成FPGA。TFT-LCD控制器的设计。控制器支持多色深度，可配置为不同的LCD面板设置，支持最常见的TFT-LCD面板。用Altera的硬件描述语言和EDA软件Quartus II V7.0设计，并在RTL仿真和本地化以及本地化之后执行后仿真和地图级验证。
线。NiosII的; LCD控制器; IP核中图分类号：TP331.2文献标识码：基于NiosIIYANG亮亮，零钞东，李国刚，刘依平（科学与技术学院TFT-LCD控制器的意见书的设计和生产华侨大学，泉州362021）摘要：本文采用SOPC技术，对FPGA-LCD控制器的设计进行了补充。TFT-LCD控制器支持多种颜色Altera的软核NiosII处理器需要开发，使用硬件描述语言和基于LCD监视器设置的EDA Alerta Quartus II V7.0软件，以及其他功能可配置为支持最常见的TFT显示器。RTL级进行全面仿真，布局仿真和地图级验证。键词：Nios II; LCD控制器; IP核简介小型LCD显示屏，平面屏幕，无辐射，低功耗和接口便携式嵌入式产品等数字功能它已被越来越广泛地应用并具有前瞻性市场非常广阔。
而，有许多LCD屏幕制造商和现行标准并不统一。自不同制造商的LCD通常无法与传统的LCD控制器无缝连接。LCD制造商推荐的专为LCD屏幕设计的同步芯片价格较高，但性能不佳，外部接口的逻辑必须重新设计并增加功耗。了最好地解决上述问题并实现单片机系统设计目标，本文提出了一种基于SOPC（可编程片上）技术的高性能系统，采用灵活的核心处理器。Nios II集成。TFT-LCD控制器的设计。计和整体结构要求在此设计中实现引言TFT-LCD控制器使用HDL设计的Verilog支持几种颜色深度（编码上每像素一比特），并适合用于TFT-LCD具有不同的参数。制器中的image_fifo图像数据缓冲区使用大小为256×24位的片上FIFO，如果需要也可以调整。像数据采用DMA传输模式，并且通过批量分组传输模式执行从image_ram原始图像数据存储器到image_fifo集成图像数据缓冲器的数据的自动读取。线主端口。TFT-LCD控制器设计要求：独立线/列同步信号; 24位，18位，16位，8-bpp，4-bpp支持和自定义颜色深度支持的最大屏幕尺寸为1024×1024像素; 256×24位调色板;支持Avalon公交车; 24位RGB输出数据（8：8：8）; DMA传输模式。型的LCD显示器应用系统包括以下部件：液晶显示器，液晶显示控制器，总线，MCU和显示存储器。
LCD控制器在显示系统中起着关键作用。计采用自顶向下的设计方法，根据LCD控制器的设计要求，可分为四个主要部分：接口模块，存储模块，数据处理模块和生成模块图1是系统的结构。1系统结构图详细设计和总线选择MCU是显示系统的核心，负责整个系统，包括LCD控制器的配置，处理所生成的数据以显示并保存在显示存储器中。供原始显示数据。统初始化后，MCU负责根据软件需求和LCD设置配置显示控制器。
置完成后，恒温阀芯开始显示图像。显示过程中，MCU负责接受来自处理控制器的中断信号，验证中断的类型并相应地进行处理。设计采用Altera轻量级Nios II嵌入式处理器，可提供高达200 DMIPS的性能。Nios II处理器允许用户添加自定义指令和自定义硬件加速单元，无缝移植自定义设备和接口逻辑，以提高用户性能，同时提高性能。于Nios II灵活核心处理器的SOPC系统使用Avalon交换总线，这是Altera开发的专用内部互连技术。Avalon交换总线由Altera的EDA设计工具SOPC Builder自动生成。是一个用于系统处理器，内部模块和外围设备的在线总线。
Avalon交换总线使用最少的逻辑资源来支持数据总线多路复用，地址解码，等待周期生成，设备地址对齐（包括支持）总线粗略和动态对齐），中断优先级分配和高级交换总线传输。传统的总线控制模式中，当主设备占用总线时，其他设备不能同时使用，而Avalon总线允许它们共享。1 LCD控制器寄存器设置接口模块接口接口模块是Avalon总线的从接口，主要用于执行Avalon总线从接口信号的定义和一组寄存器定义。系统启动之前，处理器通过Avalon总线配置和读取所有控制器寄存器。存器组包括：控制寄存器，同步寄存器，状态寄存器，DMA传输地址寄存器和中断寄存器。定的注册表的功能示于表1其中提出，所述控制寄存器的位EDMA用于启动DMA，PMODE位用来选择颜色显示模式（24 bpp的，18bpp，16bpp的，12bpp ，8bpp，4bpp和自定义颜色模式），Eirq位用于启用中断，5~14位对应LCD的水平尺寸和15到24位，对应屏幕的垂直尺寸LCD。以看到控制器支持的最大屏幕尺寸为1024×1024像素，其他位保留。步寄存器用于产生LCD屏幕操作所需的同步参数，例如LCD屏幕像素频率参数，行扫描频率参数，频率参数。扫描等状态寄存器用于查询中断状态。DMA地址寄存器用于定义和查询DMA传输的起始地址。断寄存器用于确定中断源并清除其状态。2 Avalon总线主端口是Avalon总线存储器接口的主要组件。启动系统之后，CPU配置DMA控制器（定义DMA传送地址的开始和激活DMA传送），则DMA传输进行到完成图像数据的读出独立于数据存储器image_fifo芯片图像数据缓冲区中的image_ram。DAM传输方法用于使Nios II处理器免于频繁的数据读取，这可以显着提高系统效率。设计使用有限状态机来实现Avalon总线主端口的DMA控制器。据Avalon总线批量传输模式同步要求，如图2所示，状态机可以分为三种状态：睡眠状态，地址状态和数据状态。下图3所示。活动状态是空闲状态，其中它主要等待DMA启动信号的到达并根据LCD屏幕的水平和垂直尺寸参数寄存器的值初始化块传输的数量。态寄存器，取决于DMA地址寄存器中的值。始化DMA起始地址。DMA使能信号使能且image_fifo嵌入式图像数据缓冲器无效时，它进入地址状态;在地址状态中，它等待总线上的等待信号取消等待请求以进入数据状态，并且在数据状态下它主要被读取。取DMA地址寄存器指向的存储器中的数据连续读取数据后，块计数器递减1.当读取数据（8个数据）时，它将返回到状态地址并将继续等待，地址将自动增加;在读取一帧图像数据后，它返回待机状态并产生中断信号，通知处理器数据帧的传输完成，等待下一帧的开始数据传输。3数据处理模块的DMA控制器状态机设计图数据处理模块负责将读取的图像数据的数据转换为不同的颜色深度模式以生成合适的数据。液晶显示器。LCD输入RGB数据是8位，总共24位。如，在SDRAM的image_fifo图像数据缓冲区中访问16位色深bmp图像。统，每个像素的RGB为5：6：5位，LCD屏幕的RGB输入为8.为了在LCD屏幕上显示该图像，读取数据必须为处理。里，在第4位到第0位之后加4到0后，形成8位作为LCD的LCD输入的值，第10位到第5位作为G的值补充20。等，从15至15后11位，三个零被添加为值B.模式4bpp，8bpp的个性化包括在设计256×24位的调色板由于缺乏颜色的。自定义颜色模式下，您可以手动预设图像的颜色以设置输出的颜色。色板使用内置RAM，其每个地址值对应一个24位颜色值，因此可以直接发送到LCD而无需处理。
4 LCD同步时序图同步生成模块设计Nios II处理器根据LCD屏幕正常操作的同步要求配置时序寄存器参数，以生成时序。LCD屏幕操作所需的同步。中，SYS_CLK是50M系统的工作时钟。过设置同步寄存器中的分频值，将时钟50M除以一定频率，得到像素的扫描频率。晶屏。时生成模块还负责生成颜色深度模式锁定信号，image_fifo读取请求信号和image_fifo数据验证信号。时，在数据验证信号（DE）有效之前，有必要检查image_fifo中是否有数据以确定是否读取和发送数据。帧传输期间需要锁定颜色深度模式以避免传输错误。据不同的颜色深度模式，fifo_rdreq_ext读取请求信号的image_fifo是24 bpp的不同和18bpp每次被读取，16bpp的被读取一次，8bpp的被读出4倍和8倍BPP_4被读取。于Avalon数据总线的宽度为32位，如每秒16位模式，即每次在DMA传输数据状态下完成块传输时，连续读取2个像素，读取32位数据。
平均数16对应于前一像素的值，最高16位对应于下一像素的值，并且数据在image_fifo中被读取两次。旦完成每个模块的设计，就必须预先集成仿真（功能仿真），以逻辑验证整个设计的准确性。能模拟完成后，系统使用SOPC Builder工具构建，该工具包括Nios II中央处理器，SDRAM控制器，TFT-LCD控制器和其他组件，然后生成文件。后编译，合成并最终生成完整的SOPC系统。特定设备和可下载的sof文件对应的逻辑网表EDF文件。成的SOF文件下载到1C20开发板进行验证，用于验证的LCD是LG 320×240 TFT LCD。据从SDRAM读取，颜色深浅在1C20开发板的TFT-LCD显示器上，24 bps，尺寸为320×240 bmp。用EDA Quartus II V7.0设计软件中的集成信号分接分析仪在线模拟控制器中的关键信号，其曲线如图4所示。论本文的主要特点是设计是为了克服一些不够灵活的LCD控制器的缺点。SOPC设计技术用于设计具有一定多功能性的TFT-LCD控制器，可应用于大多数TFT-LCD。适用于在集成系统设计中使用TFT-LCD控制器的设计人员。计时采用模块化设计方法：每个模块的结构和HDL代码都经过优化，可作为IP核连接到其他系统，即控制器可以直接连接到Avalon总线作为设备。过略微修改接口模块和DMA控制器，还可以将控制器透明地连接到Avalon总线以外的总线，例如APB总线。
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