M16C/62P在中國液晶電視制造中的應(yīng)用

聯(lián)系Email:  denny.yip@renesas.com

摘要
最近幾年，中國的液晶電視工業(yè)有了巨大的增長。電子芯片產(chǎn)品制造商泰鼎多媒體技術(shù)(上海)有限公司（Trident Multimedia Technologies (Shanghai) Co., Ltd.）與瑞薩亞洲科技有限公司Renesas System Solution Asia Pte. Ltd.）合作，使用我們的M16C MCU加上泰鼎的視頻LSI開發(fā)出了液晶電視。本文將介紹M16C平臺在先進的數(shù)字液晶電視技術(shù)，以及硬件配置和軟件算法方面的作用。同時也將討論其他的LSI。

1.概述

瑞薩和泰鼎公司聯(lián)同我們一個位于深圳的的LCD制造商開發(fā)了兩個項目。一個是北美市場的US-Model，另一個是在香港推出的HK-Model（圖1）。兩種類型的規(guī)格是相類似。顯示屏的尺寸為32英寸，長寬比為16∶9，分辨率為1366×768，對比度為800∶1，亮度為1000cd/m2。接口采用HDMI、YpbPr、S-Video、Video、D-sub和DVI。這些項目是基于瑞薩M16C MCU, 以及泰鼎高度集成的單芯片系統(tǒng)器件為主，目標(biāo)是作為那些在視頻和數(shù)據(jù)處理方面有高精度要求的高清晰電視（HDTV）和備用PC液晶電視應(yīng)用。此外，它也是中國電視制造商用于26英寸或以上電視的主要解決方案。

圖1 液晶電視及其圖形OSD

2. 項目描述

2.1 MCU

主印刷電路板顯示了所有芯片的布局（圖2）。瑞薩的M16C系列是一個具有ROM高效率的多用途32和16位CISC微型機。它具有在高速度條件下的優(yōu)異噪聲免疫性和超低功耗處理能力。而其中一組M16C系列的MCU是M16C/62P,這器件可提供低成本開發(fā)環(huán)境和能借著增加工作頻率運行高達24MHz。而其他優(yōu)點是支持多工和獨立總線模式，可以連接外部存儲器和視頻處理器。我們的液晶電視解決方案中選擇了M30620SPGP，它是一個內(nèi)置10K RAM的無ROM的版本，可以在20MHz的PLL時鐘的微處理器模式工作。并使用了一個8位多工總線用于連接整個系統(tǒng)。

由于系統(tǒng)采用了不戴ROM的M16C MCU作為中央處理單元，以及視頻處理器需要顯示幀的緩沖器而運行。所以系統(tǒng)需連接外置的ROM和作鍰沖器的RAM。外置ROM是一顆512K×8Bit的閃連存儲器W29C040, 而RAM是128Mbit的SDRAM。

圖2 主板上的芯片布局

2.2其他的LSI

現(xiàn)在，我們來看看視頻信號處理器。

表1    泰鼎的第五代集成視頻處理器

產(chǎn)品	封裝	模擬輸入	數(shù)字視頻輸入	顯示器接口	應(yīng)用
SVPTMEX52	256引腳QFP	CVBS, RGB, YPrPb	24位	LVDS	具有”第二代”解碼器和HDMI接收器 的高檔 LCD、PDP TV

這顆LSI的名稱為SVPTMEX52，代表泰鼎的第五代的SVP EX系列集成視頻處理器。為高檔數(shù)字電視提供主要的解碼、處理、調(diào)節(jié)和顯示控制功能。它集成了用于CVBS/S-video/Component，以及HD-D1/D2/D3/D4模式的SD/HD模擬視頻輸入的10位ADC。高達108MHz的PC RGB輸入可支持SXGA/60Hz。隔行掃描刷新為60Hz到100Hz，而逐行掃描刷新為50Hz到75Hz。泰鼎圖形引擎可提供卓越的視頻圖像質(zhì)量。該技術(shù)集成了3D梳狀視頻解碼，并支持PAL、NTSC和SECAM格式、運動適應(yīng)解隔行掃描、數(shù)字噪聲消除、圖像調(diào)節(jié)、平均畫面水平控制、邊界消除和銳利度提升等。其內(nèi)部低電壓差分信號發(fā)送器LVDS用來連接LVDS面板。它還采用了一種用于LCD過驅(qū)動的專有技術(shù)，可以改善主畫面（MP）和畫中畫（PIP）通道在LCD面板上的反應(yīng)時間。

整個系統(tǒng)還加入了一個HDMI接收器Sil9011（高清晰度多媒體接口）。這個LSI與HDMI 1.1規(guī)范兼容。且后向兼容與DVI 1.0,這可使HDMI系統(tǒng)以一條電纜連接到現(xiàn)有的DVI 1.0主機（例如DVD播放器）。其所包含的單個Panel Link TMDS數(shù)碼內(nèi)核支持視頻信號圖素時鐘速率達165MHz, 覆蓋范圍至1080p（高清電視分辨率）或PC的UXGA (PC分辨率)。而且, 它具有高達192KHz的音頻信號的采樣率, 支持S/PIF及多路音頻輸出。這芯片所帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2S端口可與音頻DAC直接進行連接。Sil9011還嵌入了一個HDCP（高清晰度內(nèi)容保護）解碼引擎連同預(yù)編程的HDCP鑰匙，用來接收受保護的音頻和視頻內(nèi)容，從而提供最高級別的安全性能。

至于音頻處理器使用了MSP34x0G系列, 可覆蓋全球所有模擬電視聲音系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。同時，諸如自動音量控制（AVC）、低音增強效果（BBE）和重低音輸出等基帶聲音處理也是在同一個單芯片中執(zhí)行。用于香港的電視系統(tǒng)是PAL I, NICAM聲音調(diào)制，所以HK-Model將MSP3410G與PAL/NTSC調(diào)諧器配合使用。美國的電視系統(tǒng)是NTSC M帶BTSC立體聲+SAP調(diào)制，所以US-Model使用的是MSP3420G+NTSC調(diào)諧器。MSP34x0G系列帶有一個只運行在32KHz的內(nèi)置的I2S總線接口。所以, 它不適合直接連接Sil9011。因此，我們增加了一個具有192KHz采樣率的D/A轉(zhuǎn)換器，以轉(zhuǎn)化音源到基帶的音頻才作為MSP3410G輸出。

3. 基本的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1硬件配置

基本的硬件配置如方框圖所示（圖3）。M16C/62P的第一組I2C總線連接到存儲初始值和電視數(shù)據(jù)的EEPROM。而另外一組用于器件之間的通信，例如SVPTMEX52、HDMI接收器、音頻處理器和調(diào)諧器。這個I2C總線也與一個PC平行端口連接。當(dāng)MCU程序進入固件調(diào)試模式時，MCU釋放I2C總線控制。在PC上打開泰鼎的工具應(yīng)用軟件（圖6）就能夠控制所有這些器件，這對我們的系統(tǒng)調(diào)試非常有用。視頻處理器支持I2C總線和平行接口的通信。不帶ROM的M30620SPGP工作在1M字節(jié)的微處理器摸式下以20MHz速率運行, 這需要連接一個10MHz的晶振及設(shè)定內(nèi)置的PLL時鐘頻率兩倍,它們之間的通信采用一個多工總線來實現(xiàn)。MCU的映射定位于CS2區(qū)域的8000h的起始地址。相反程序進入調(diào)試模式條件下，我們需要對SVPTMEX52內(nèi)部的寄存器進行設(shè)置，以控制I2C總線，并使這多工的平行接口失效。此外，M16C/62P的UART1能夠連接到PC串行端口。藉運行嵌入在PC視窗操作系統(tǒng)中超級終端（Hyper Terminal），從而輸出信息并意味著MCU接受我們的遙控或本地鍵指令完成某些任務(wù),而程序在正常狀態(tài)下運行時，PC和液晶電視之間也可持續(xù)進行交互。這是監(jiān)控不確定性結(jié)果的一個強大的功能。

V:     調(diào)諧器/YprBr/模擬/VGA視頻源
D:     24位數(shù)字視頻總線接口
L:    LCD面板的單頻道LVDS發(fā)送器
F:     32位DDR存儲器接口
M:     視頻處理器平行總線接口
S:    外部ROM平行總線接口
TMDS:     轉(zhuǎn)換極低損耗微分信號

圖3 系統(tǒng)方框圖

3.2系統(tǒng)的開發(fā)

該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包括由C語言編寫的EX、TV API（泰鼎的應(yīng)用可編程接口）和應(yīng)用程序三個層次。我們利用EXSDK（泰鼎的開發(fā)工具包）開發(fā)了該程序，EXSDK提供了有效的工具和API。基于數(shù)據(jù)和編碼分開的概念，數(shù)據(jù)包括寄存器表的設(shè)置、OSD（屏幕文字信息顯示）和用戶定義區(qū)域等，都可以按照泰鼎的資源編碼工具（圖5）進行編輯。它能夠用來創(chuàng)建并維護這些作為資源的數(shù)據(jù)（圖4）。然后，每一歸類的數(shù)據(jù)也看為某一指定的資源被插進應(yīng)用程序中，例如視頻信號處理器SVPTMEX52中的數(shù)據(jù)表和不同LSI中的所有寄存器表等。

系統(tǒng)使用作為資源的數(shù)據(jù)
圖4 運行流程圖

以下是一個重要和經(jīng)常用來處理寄存器表的API調(diào)用函數(shù)：

Void tdWriteRegTable(RPByte rpTable, Byte ucColume Num)

rpTable參數(shù)是一個指標(biāo)，它指向寄存器表這資源所插入生成的數(shù)據(jù)。ucColumnNum參數(shù)是對哪一列數(shù)據(jù)應(yīng)該寫入的芯片進行選擇。在其他實例中，如指向OSD所插入的是調(diào)色板、字體、字串、圖像、OSD數(shù)據(jù)和OSD項目。都是用TOE（泰鼎OSD引擎）開發(fā)的所有這些資源都能夠如圖5所示在PC上進行預(yù)覽，這也正是視頻菜單OSD設(shè)計的實例。

圖5 使用資源編碼工具所制作的視頻菜單OSD設(shè)計實例

至于TOE是一個位于高層的功能程序庫，叫做TOE.LIB。它可在電視中執(zhí)行如PC形式的圖形用戶介面，并支持兩個板面的4或8位元顏色OSD顯示。TOE的結(jié)構(gòu)是基于MVC（模型、視圖和控制器）的設(shè)計模式。它由三個部分組成，藉調(diào)用TOEAPI進行編碼。OSD數(shù)據(jù)編輯器和OSD項目編輯器是用來組成OSD的布局設(shè)計和視覺結(jié)構(gòu)。TOE是用標(biāo)準(zhǔn)C語言寫成, 能支持跨平臺作業(yè), 所以TOE是沒有平臺限制。

而EXAPI是一個作為SVPTMEX52驅(qū)動器的低層功能程序庫，它亦可以編譯在不同的開發(fā)平臺包括PC Win32或許多不同的單片機平臺。EXAPI也如眾多程序庫文擋一樣, 都隱含著API所進入已成為二進制目標(biāo)碼的執(zhí)行細(xì)節(jié)。

TVAPI也封裝了了基本TV的邏輯處理。但如果系統(tǒng)有硬件改動，例如是改換視頻解碼器，就需要修改TVAPI的源碼來配合, EXAPI 和 TVAPI是能夠被應(yīng)用層程序所調(diào)用。

圖6 泰鼎片所提供的LSI的調(diào)試工具

3.3 模擬環(huán)境

微軟的Visual C++在PC中是一個強大的工具程式, 所編寫的電視模擬器借著WIN32平臺通過I2C總線對系統(tǒng)進行作業(yè)操控, 并且程式也具備OSD模擬器用作預(yù)顯示, 這樣我們的OSD設(shè)計就能顯示在平面屏幕上。它可提供無可比擬的最便宜的調(diào)試和開發(fā)環(huán)境。

3.4 仿真環(huán)境

而高質(zhì)量的軟件開發(fā)應(yīng)該通過USB電纜連接當(dāng)瑞薩的專業(yè)仿真器PC7501。探針M3062PT-EPB與仿真一起工作。這個探針是為了仿真M16C/62P這組別的MCU。同時，整個系統(tǒng)運行在下列工具軟件上。

表2 軟件列表

編譯器	NC30WA V5.30版本1
IDE (整合開發(fā)環(huán)境)	TM V3.20A
調(diào)試器	PD30F V2.20版本1

3.5 軟件結(jié)構(gòu)簡介

應(yīng)用層程序基于下列流程圖。

主程序流程
圖7 主程序流程圖

系統(tǒng)從第一個模塊開始進行初始化和缺省設(shè)置。例如，函數(shù)Bool tdEEPROMCheckOnline（void）檢查如沒有返回標(biāo)記_EEPROM_IS_INITIALIZED_，應(yīng)用層軟件將使用缺省設(shè)置來初始化EEPROM。M30620SPGP MCU首先被初始化。然后，包括系統(tǒng)資源、藉資源工具ResBuilder生成的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)定時器、按鍵輸入、遙控輸入和I2C總線在內(nèi)的整個系統(tǒng)進行初始化。借著用戶輸入包括按鍵或遙控輸入被轉(zhuǎn)換成以字節(jié)為單位的虛擬鍵數(shù)值, 以及對重復(fù)鍵的處理推進到虛擬鍵值緩沖器中。而驅(qū)動的API是：

Void tdInitKeyboard(Word wFirstDelay,Word wRepeatDelay);

Void tdInitRemoteEx(RPByte rpData, Word wFirstDelay, Word wRepeatDelay);


應(yīng)用層程式的主回路使用來自緩沖器, 調(diào)用Byte tdGetVirtualKey（void）函數(shù)就得到虛擬鍵值。如果緩沖器中沒有虛擬鍵，EXAPI將調(diào)用回函數(shù)Void tdCallBackIdle（Void），這要保證后臺工作的運行, 甚至當(dāng)前工作正在處理OSD菜單期間, 也沒有影響。而所有處理后臺工作的模塊都按照其標(biāo)記變換而執(zhí)行的。并且所有這些標(biāo)記都可以根據(jù)用戶輸入、模式的切換和信號檢測進行改變。后臺作業(yè)處理包括搜臺、聲音處理、頻道選擇和信號處理等。所有背景模塊的流程圖均顯示如下（圖8）：

圖8: 主要處理流程圖

EXAPI提供了兩種定時器回叫功能，這是可通過應(yīng)用層軟件來實現(xiàn)的。

Void tdCallBack1ms(Void);

Void tdCallBack20ms(Void);


而這些都是系統(tǒng)定時中斷程序，至于Void tdRemoteService（Void）功能是處理遙控輸入的中斷程序。系統(tǒng)在電源接通之后有許多種模式。在待機模式下，液晶電視僅等候接受控鍵或遙控輸入。但顯示器的其他部分關(guān)閉，并進入節(jié)電模式。在正常的模式下，整機操作正常進行，除非收到_VK-POWER_信號, 它關(guān)閉系統(tǒng)并進入待機模式。該程序也可以能夠進入工廠模式。這個模式強迫液晶電視接受工廠設(shè)置或進行系統(tǒng)老化測試，這會使電視面板重復(fù)地顯示出紅、藍、綠或白色屏幕。至于在多重視窗的狀態(tài)下, 可以在顯示層上產(chǎn)生九個視窗的排列, 每個小窗口一次顯示一個頻道并將其定格。然后，下一個頻道在下一個窗口上顯示，如此類推。

所有模式均有其自己的指令和OSD處理。例如，在正常模式下，按下菜單鍵顯示畫面設(shè)置菜單（圖9）。有四種畫面設(shè)定模式可以選擇——生動、標(biāo)準(zhǔn)、柔和和自定義。接下一行OSD的顯示，我們控制對比度、亮度、飽和度、色調(diào)和銳利度等。與畫面設(shè)置摸式相似的是聲音處理菜單, 用來控制聲音和音量大?。▓D10）。至于設(shè)置菜單是為搜臺及設(shè)定電視系統(tǒng)而有的（圖13）。信號源輸入是藉著信源菜單來選擇的, 例如是對AV/SV/PC/HDTV/HDMI的切換。屏幕菜單是針對調(diào)整輸入RGB信號的通道, 控制其在電視屏幕的位置及顯示模式（圖11）。還有一個選擇菜單對系統(tǒng)語言、藍屏等進行設(shè)置（圖12）。

圖9 視頻調(diào)整                        圖10 音頻調(diào)整

         圖11 RGB屏幕控制    圖12 選擇設(shè)置

圖13 電視頻道設(shè)置

另外只有HK-Model才有的時鐘菜單，用來設(shè)置系統(tǒng)時鐘和電源開關(guān)時間。而美國電視家長指導(dǎo)系統(tǒng)連同美國電影協(xié)會分級系統(tǒng)就只在US-Model的家長等級分類控制菜單上操作。 

圖14和15顯示了這菜單（僅用于US-Model）。這系統(tǒng)專門設(shè)計為電視節(jié)目劃分等級和類別, 并且連同V-CHIP一起使用的。V-CHIP是一個通用術(shù)語, 用于作為一個電視接收器的功能特征, 對其特定的節(jié)目內(nèi)容進行判別和管制。該功能旨在通過父母監(jiān)控他們的孩子所觀賞的電視節(jié)目。

圖14 家長等級分類控制圖15 等級分類的設(shè)置

4.結(jié)論

在這快速日益增長的液晶電視市場中，帶有泰鼎SVPTMEX52的M16C平臺是一個設(shè)計取勝的解決方案，其目標(biāo)是26英寸以上的液晶電視。

與其他解決方案相比，它采用了先進的顯示技術(shù)，具有最好的畫面質(zhì)量。此外，M16C MCU在滿足消除EMI/EMS噪聲、高度有效的編碼和適當(dāng)?shù)膬r格等需求方面具有顯著的優(yōu)勢。這兩個液晶電視項目的規(guī)格如表3所示。

表3 當(dāng)前的液晶電視項目規(guī)格表

	HK-Model
面板系統(tǒng)	32英寸LCD面板
顯示器分辨率	垂直1366像素×水平768像素
對比度	800:1
亮度	1000 cd/m2
電視系統(tǒng)	PAL/NTSC
顏色數(shù)量	16.7百萬
視角	170ﾟ/170ﾟ
輸入/輸出	AV1 AV2 AV3 AV4 AV5   音頻輸出 TV輸出	視頻輸入/音頻（L/R） S S-Video輸入/音頻（L/R） HDTV輸入/音頻（L和R） RGB輸入/音頻（L和R） HDMI輸入
揚聲器輸出	8W X 2
電源	100~240V
尺寸	950mm(W) X 250mm(D) X 585.6mm(H)
重量（凈重）	48.9磅

目前，歐洲版本正在開發(fā)當(dāng)中。是一個PAL/SECAM制式的新項目, 并支持圖文, 畫中畫及畫外畫等眾多功能。