SSD1906顯示控制器與AT91RM9200的接口技術(shù)

    摘要：通過(guò)對(duì)SSD1906顯示控制器的介紹，分析其在基于AT91RM9200微控制器的嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用；給出詳細(xì)的硬件連接圖及主要的寄存器配置。

    關(guān)鍵詞：SSD1906 AT91RM9200 顯示控制

引言

SSD1906是Solomon公司推出的一款中小規(guī)模的顯示控制芯片。這款顯示控制芯片集成了顯存及時(shí)序電路，因而為手持設(shè)備和消費(fèi)電子領(lǐng)域提供了一個(gè)低成本、低功耗的單芯片解決方案。AT91RM9200是Atmel公司推出的一款基于ARM9的嵌入式處理器，時(shí)鐘頻率為180MHz。AT91RM9200處理器內(nèi)部沒(méi)有集成LCD控制器，因而需要通過(guò)專(zhuān)用的顯示控制器，實(shí)現(xiàn)LCD顯示。本文介紹SSD1906顯示控制器在基于AT91RM9200微控制器的嵌入式系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

1 SSD1906顯示控制器介紹

SSD1906顯示控制芯片，內(nèi)部集成了256KB的SRAM顯存，可以支持單色和彩色LCD，以及多種有源和無(wú)源面板。SSD1906還具有強(qiáng)大的總線兼容性，可與多種類(lèi)型的MCU連接。此外，SSD1906提供的功能還包括虛擬顯示、浮動(dòng)窗口（窗口大小可變）顯示，并支持兩個(gè)光標(biāo)，可以減少軟件的操作。32位的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，可以提供高帶寬的顯示內(nèi)存，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)快速的屏幕刷新。SSD1906還個(gè)有單電壓供電的優(yōu)點(diǎn)。

SSD1906顯示控制器的另一個(gè)特點(diǎn)，是具有很短的CPU訪問(wèn)延遲時(shí)間，因而可以支持無(wú)READY/WAIT交互信號(hào)的微處理器。此外，SSD1906支持單時(shí)鐘信號(hào)輸入，即總線時(shí)鐘（BCLK）、內(nèi)存時(shí)鐘（MCLK）和像素時(shí)鐘（PCLK）都可以由時(shí)鐘輸入CLK1得到。這款顯示控制器對(duì)MCU的類(lèi)型和操作系統(tǒng)沒(méi)有具體要求，因而是實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)理想的顯示解決方案。基于SSD1906的顯示控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 總線兼容性

SSD1906顯示控制器兼容多種類(lèi)型的MCU接口，特別是對(duì)現(xiàn)在常用的嵌入式處理器，基本上都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。對(duì)于不同的總線接口，SSD1906內(nèi)部提供了多個(gè)時(shí)序控制寄存器，可以根據(jù)不同接口的時(shí)序要求，進(jìn)行相應(yīng)的配置。SSD1906支持的MCU總線接口類(lèi)型包括：具有WAIT信號(hào)的通用#1型和通用#2型總線接口；Intel StrongARM/Xscale;Motorla MX1龍珠；Motorola MC68K;Motorola龍珠MC68ez328/MC68VZ328；日立SH3和SH4。

除了支持16位和32位的處理器以外，SSD1906還可以支持8位的處理器。SSD1906內(nèi)部集成了256KB的顯存，支持寄存器在內(nèi)存中的映射；通過(guò)M/R輸入信號(hào)，選擇訪問(wèn)內(nèi)存地址空間，或者訪問(wèn)寄存器地址空間。此外，通過(guò)18位地址總線，MCU可以直接訪問(wèn)SSD1906內(nèi)部連續(xù)的256KB顯存。

1．2 顯示支持與顯示模式

SSD1906顯示控制器支持多種類(lèi)型的LCD接口，包括4/8位單色STN接口；4/8位彩色STN接口；9/12/8位有源矩陣TFT接口。此外，SSD1906支持1/2/8/16bpp四種色深。對(duì)于單色無(wú)源LCD面板，SSD1906還個(gè)有64個(gè)灰度級(jí)；對(duì)于無(wú)源STN面板和有源矩陣TFT面板，SSD1906都可以支持多達(dá)256K顏色。此外，SSD1906還支持多種分辨率，包括320×320，160×160和160×240（其中色深為16bpp）。

1．3 顯示特性

在顯示特性方面，SSD1906支持顯示旋轉(zhuǎn)模式，通過(guò)對(duì)SSD1906內(nèi)部相應(yīng)控制寄存器的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)顯示圖像的90°、180°和270°硬件旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，SSD1906還支持虛擬顯示，即顯示的圖像尺寸可以比實(shí)際選用的LCD面板大。用戶(hù)可以通過(guò)上下和左右滾動(dòng)屏幕，實(shí)現(xiàn)完整圖像的觀看。

SSD1906顯示控制器支持浮動(dòng)窗口顯示模式。在這種模式下，主顯示窗口中可以同時(shí)顯示一個(gè)浮動(dòng)窗口，這個(gè)浮動(dòng)窗口可以位于主窗口中的任意位置，具體可以通過(guò)浮動(dòng)窗口控制寄存器進(jìn)行設(shè)置。此外，SSD1906還支持兩個(gè)硬件光標(biāo)（只支持4/8/16bpp），并支持雙緩存/多頁(yè)模式，因而可以顯示流暢的動(dòng)畫(huà)，并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的屏幕刷新。

2 AT91RM9200微控制器

Atmel公司的AT91RM9200是基于ARM Thumb的ARM920T微控制器，時(shí)鐘頻率為180MHz，運(yùn)算速度可以達(dá)到200MIPS。AT91RM9200內(nèi)部分別有16KB的數(shù)據(jù)緩存和指令緩存，具有存儲(chǔ)器管理單元（MMU）。此外，AT91RM9200內(nèi)部還包括16KB的SRAM和128KB的ROM，具有外部總線接口（EBI），支持SDRAM、靜態(tài)存儲(chǔ)器、Burst Flash、CompactFals、SmartMedia以及NAND Flash。

AT91RM9200微控制器提供的系統(tǒng)外設(shè)包括：增強(qiáng)的時(shí)鐘發(fā)生器和電源管理控制器；2個(gè)具有雙PLL的片上晶振，低時(shí)鐘操作模式以及通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的電源優(yōu)化功能；具有4個(gè)可編程的外部時(shí)鐘信號(hào)；系統(tǒng)定時(shí)器包括定時(shí)中斷、看門(mén)狗和第二計(jì)數(shù)器；具有報(bào)警中斷的實(shí)時(shí)時(shí)鐘；具有調(diào)試單元、兩線UART，并且支持調(diào)試通信通道；具有8個(gè)優(yōu)先級(jí)的高級(jí)中斷控制器，可獨(dú)立屏蔽的向量中斷源，具有偽中斷保護(hù)功能；擁有7個(gè)外部中斷源和1個(gè)快速中斷源；4個(gè)32位的PIO控制器，多達(dá)122條可編程的I/O線，每條I/O線具有輸入變化中斷和漏極開(kāi)路電容；具有20個(gè)通道的外圍數(shù)據(jù)控制器（PDC）。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 SSD1906的總線接口

SSD1906顯示控制可與多種MCU相連，具體的連接方式取決于MCU所支持的總線類(lèi)型。SSD1906支持單時(shí)鐘輸入（CLKI），從而可以由MCU的總線時(shí)鐘為其提供時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)于通用#1總線，SSD1906用于與MCU相連的引腳為：

A0——接低電平；

A[17：1]——系統(tǒng)地址總線位17～1；

D[15：0]——系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線輸入；

WE0——低8位數(shù)據(jù)的寫(xiě)使能信號(hào)輸入；

WE1——高8位數(shù)據(jù)的寫(xiě)使能信號(hào)輸入；

CS——片選輸入；

M/R——選擇讀寫(xiě)顯示內(nèi)存或內(nèi)部寄存器。高為顯示內(nèi)存，低為內(nèi)部寄存器；

BS——接高電平；

RD/WR——高8位數(shù)據(jù)的讀命令輸入；

RD——低8位數(shù)據(jù)的讀命令輸入；

WAIT——等待信號(hào)輸出?？梢酝ㄟ^(guò)配置，決定該信號(hào)為高電平有效或低電平有效；

RESET——復(fù)位輸入信號(hào)。

3．2 總線接口分析與實(shí)現(xiàn)

AT91RM9200微控制器的總線接口屬于通用#1型接口，因而可與SSD1906直接相連。其中，AT91RM9200的A[17：1]、D[15：0]、NWR0、NWR1、NCS2、NWAIT、NRST引腳，可以分別與SSD1906的A[17：1]、D[15：0]、WE0、WE1、CS、WAIT和RESET引腳直接連接。而AT91RM9200的NRD引腳可以使能16位或者8位的讀訪問(wèn)，因而可與SSD1906的RD/WR和RD引腳相連，作為高字節(jié)和低字節(jié)的讀使能信號(hào)。對(duì)于SSD1906的M/R信號(hào)，可以由AT91RM9200的A18信號(hào)進(jìn)行控制。SSD1906與AT91RM9200的總線連接如圖2所示。

此外，由于SSD1906的CLKI的輸入時(shí)鐘頻率最高為66MHz，而其總線時(shí)鐘頻率最高也為66MHz，因SSD1906的總線時(shí)鐘BCLK可以直接由CLKI提供，其頻率比為1：1。另外，AT91RM9200的總線類(lèi)型為通用#1型，選NWAIT信號(hào)為低有效，總線接口為小端模式，所以可以確定SSD1906的配置引腳CF[7：0]為0x0Bh。

4 寄存器配置

在寄存器配置方面，包括對(duì)MCU的初始化及對(duì)SSD1906的初始化和設(shè)置。對(duì)于AT91RM9200微控制器，首先，必須設(shè)置相應(yīng)的PIO控制寄存器，將有復(fù)用的I/O線配置為所需要的功能。其次，考慮到SSD1906的CLKI時(shí)鐘頻率最高為66MHz，因此，需要對(duì)AT91RM9200的PMC_PCK0寄存器進(jìn)行設(shè)置，保證PCK0的輸出時(shí)鐘頻率不超過(guò)66MHz。下面分別介紹SSD1906的主要寄存器配置。

4.1 SSD1906的內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)置

SSD1906支持單時(shí)鐘輸入，即所有的時(shí)鐘信號(hào)都可以由CLKI的輸入時(shí)鐘提供。對(duì)于SSD1906的總線時(shí)鐘BCLK，可以通過(guò)配置CD[7:6]引腳，對(duì)CLKI得到需要的BCLK。這里將CF[7:6]配置為00，即BCLK=CLKI。

內(nèi)存時(shí)鐘MCLK用于訪問(wèn)SSD1906內(nèi)部的SRAM。SSD1906的設(shè)計(jì)充分考慮了省電控制，當(dāng)顯示控制器不工作時(shí)，時(shí)鐘自動(dòng)關(guān)才。而另一方面，減小MCLK的頻率，會(huì)增加MCU時(shí)鐘延遲，從而降低屏幕刷新的性能。因此，為了在省電與性能之間達(dá)到最優(yōu)的平衡，MCLK的頻率配置必須滿足兩點(diǎn)：既要有足夠高的內(nèi)存訪問(wèn)頻率，以提供較快的刷新率，又要保證MCU的延遲為一個(gè)可接受的值。通過(guò)配置寄存器REG[04h]，由BCLK得到MCLK時(shí)鐘。

像素時(shí)鐘PCLK用于控制LCD面板。PCLK的選擇必須與LCD面板的最優(yōu)幀速率相匹配。幀速率的計(jì)算公式為

幀速率=fPCLK/(HT)×(VT)

其中：fPCLK為PCLK時(shí)鐘頻率，單位為Hz；

HT=（（REG[12h]bits 6-0）+1）×8Ts,為水平總周期；

VT=（（REG[19h]bits 1-0,REG[18h]bits 7-0）+1）lines,為垂直總周期。

像素時(shí)鐘PCLK的選擇具有很大的靈活性。首先，LCD面板的幀速率一般都有一個(gè)允許的范圍。其次，像素時(shí)鐘頻率也可以指定為一個(gè)很的值，然后，通過(guò)調(diào)整水平和垂直顯示周期，將幀速率降低到一個(gè)最優(yōu)值。像素時(shí)鐘的時(shí)鐘源可以為MCLK或BCLK。通過(guò)配置寄存器REG[05h]，可以得到不同的PCLK。

    4.2 虛擬顯示模式的設(shè)置

SSD1906支持虛擬顯示模式，具體可以通過(guò)以下寄存器的設(shè)置實(shí)現(xiàn)。首先，設(shè)置主窗口顯示起始地址寄存器REG[74h]、REG[75h]和REG[76h]，指定顯示內(nèi)存中主窗口圖像的起始地址。然后，設(shè)置主窗口線地址偏移寄存器REG[78h]和REG[79h]，確定虛擬圖像的水平像素?cái)?shù)。當(dāng)然，設(shè)定的水平像素?cái)?shù)必須大于LCD面板的實(shí)際顯示像素寬度，才可以實(shí)現(xiàn)虛擬顯示，否則為普通顯示模式。圖3所示為主窗口與虛擬顯示區(qū)域的關(guān)系。

4．3 浮動(dòng)窗口的設(shè)置

浮動(dòng)窗口可位于虛擬顯示區(qū)域內(nèi)的任何位置，其定位可以通過(guò)浮動(dòng)窗口控制寄存器REG[7Ch]到REG[91h]來(lái)進(jìn)行設(shè)置。浮動(dòng)窗口的色深和顯示方向與主窗口相同。本方案中采用的是正常方向模式顯示，即禁止顯示旋轉(zhuǎn)。圖4為本方案中浮動(dòng)窗口與主窗口的關(guān)系，以及定位寄存器的設(shè)置。

4．4 硬件光標(biāo)的設(shè)置

SSD1906支持在主窗口中顯示兩個(gè)硬件光標(biāo)。這兩個(gè)光標(biāo)可以位于主窗口的任何位置，具體定位通過(guò)光標(biāo)模式寄存器REG[C0h]到REG[111h]控制。硬件光標(biāo)只支持4/8/16bpp顯示模式。

    光標(biāo)的色深和顯示方向與主窗口一致。本方案中光標(biāo)的定位以及相應(yīng)的控制寄存器設(shè)置如圖5所示。

這里只介紹了SSD1906中的一些主要寄存器的配置。其它的寄存器設(shè)置，請(qǐng)參考相關(guān)資料。

結(jié)語(yǔ)

SSD1906屬于中小規(guī)模的圖形顯示控制器，尤其適用于工控、便攜式設(shè)備及其它一些日常消費(fèi)產(chǎn)品的液晶顯示。在AT91RM9200嵌入式系統(tǒng)中，充分利用了SSD1906小體積、低功耗、低成本、多顯示功能的優(yōu)點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用于工業(yè)控制以及車(chē)載GPS等領(lǐng)域中。