一種基于S3C2410A的液晶屏接口設(shè)計(jì)

目前對液晶屏的控制顯示多采用單片機(jī)、FPGA或CPLD作為控制器，編制程序多采用匯編語言或C51程序。本文以控制器和顯示屏集成一體的小型號LCM19264圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器為例，提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的基于S3C2410A CPU和KS0107控制器的嵌入式液晶屏接口系統(tǒng)，適用于POS機(jī)等許多應(yīng)用領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 ARM微處理器及開發(fā)環(huán)境

1.1 ARM核心板采用S3C2410A

嵌入式系統(tǒng)的硬件核心是嵌入式微處理器，ARM處理器是目前公認(rèn)的業(yè)界領(lǐng)先的32位嵌入式RISC微處理器，它具有體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展，功耗低，成本低和支持處理實(shí)時(shí)多任務(wù)等特點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)32位RISC芯片的首選，也是許多行業(yè)嵌入式解決方案的RISC芯片標(biāo)準(zhǔn)[1]。

16/32位RISC處理器S3C2410A 采用了ARM920T內(nèi)核，0.18um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元[2]。它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。它一方面具有處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有非常豐富的片上資源, 非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。

1.2   ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

開發(fā)中嵌入式操作系統(tǒng)選用標(biāo)準(zhǔn)的LINUX2.4內(nèi)核版本。為了滿足嵌入式核心板的系統(tǒng)性能要求，需要對內(nèi)核進(jìn)行一定程度的裁減修改，對某些功能模塊進(jìn)行合理的配置。其中對指定的端口地址進(jìn)行映射是必不可少的。采用專用的FPGA下載電纜即可將編譯通過的Linux內(nèi)核下載移植到核心板的 S3C2410A中。內(nèi)核的啟動Bootloader使用了vivi。這里的交叉編譯器采用的是Arm-Linux-Toolchains；而 S3C2410A整個根目錄則使用了可讀寫的yaffs文件系統(tǒng)[4]。開發(fā)調(diào)試中可通過串口或網(wǎng)口來實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)對目標(biāo)板的控制使用。

2 基于S3C2410A的液晶屏接口設(shè)計(jì)

2.1 S3C2410A與KS0107的接口控制

S3C2410A的存儲系統(tǒng)地址空間總共由8個存儲器Bank構(gòu)成，每個Bank 128M字節(jié)，總共1G字節(jié)/8Banks。6個是ROM、SRAM等類型存儲器Bank。剩下的2個可以作為ROM、SRAM、SDRAM等存儲器 Bank。除Bank0只能是16/32位寬之外，其他Bank都具有可編程的訪問大小，可以是8/16/32位寬。前7個存儲器Bank有固定的起始地址，最后一個Bank的起始地址是可調(diào)整的，最后兩個Bank的大小是可編程的，且所有Bank的訪問周期都是可編程的。Bank0 的數(shù)據(jù)總線（nGCS0）必須首先設(shè)置成16位或32位的。因?yàn)锽ank0通常作為引導(dǎo)ROM區(qū)（映射到地址0x0000-0000）。Bank6和 Bank7通常分給SDRAM.。S3C2410A接16/32位或多片8位存儲器時(shí)地址線需要錯位連接。

系統(tǒng)選用LCM19264系列液晶模塊，LCM19264點(diǎn)陣液晶屏單色液晶模塊帶有KS0107控制器，點(diǎn)陣形式為192 x 64，8位雙向數(shù)據(jù)總線，可以顯示圖形和文字。3個控制芯片，管理8頁(每頁為8行像素)和192列(每個芯片各自控制64列)的圖形屏幕，因此構(gòu)成了 192列，64行的像素矩陣，即所能使用的顯示范圍。

LCM19264型圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊與S3C2410A CPU的連接方式采用直接訪問方式。直接訪問方式是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I／O設(shè)備直接掛在S3C2410A總線上，S3C2410A以訪問存儲器或I／O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。KS0107控制器是應(yīng)用于S3C2410A系統(tǒng)與液晶模塊之間的控制芯片，它接收來自 S3C2410A系統(tǒng)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序及數(shù)據(jù)控制模塊的顯示。這樣可以大大緩解S3C2410A CPU的控制輸出，使用更加靈活，因此該解決方案具有很強(qiáng)的通用性。

對于液晶顯示屏的數(shù)據(jù)接口，因?yàn)镾3C2410A與液晶顯示屏均由3.3V供電，可以經(jīng)緩沖后將二者數(shù)據(jù)線相連，這樣S3C2410A就能將ROM或RAM中的數(shù)據(jù)直接送入KS0107控制器的緩存中以便顯示。

液晶顯示屏的控制信號由S3C2410A地址線的第6位、第7位和第8位經(jīng)過74HC138譯碼產(chǎn)生。因此液晶屏控制器的數(shù)據(jù)端口、控制端口和狀態(tài)端口具有不同的地址。S3C2410A對液晶屏的控制信號是由其自身的數(shù)據(jù)口來充當(dāng)?shù)?，即控制信號作為?shù)據(jù)的形式發(fā)送到液晶屏控制器KS0107，再由 KS0107按照固定時(shí)序完成對液晶顯示屏的控制。實(shí)際上完全可以將液晶屏的讀寫由一個端口地址來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)譯碼輸出端該管腳為高時(shí)，通過非門輸出的低電平來做為選通液晶顯示屏的讀信號；當(dāng)讀管腳為低時(shí)，則直接選通液晶顯示屏的寫管腳。表1是LCM192644的主要引腳功能。

表1  LCM192644芯片引腳說明

VO通過電位器R來進(jìn)行液晶屏對比度調(diào)節(jié),VEE負(fù)壓也通過電位器進(jìn)行改變。

液晶顯示模塊的速度相對于S3C24510A CPU較慢，中間用到三片SN74ALS573B鎖存數(shù)據(jù)和控制信息。S3C2410A CPU選取其低8位數(shù)據(jù)線來做為數(shù)據(jù)、命令的發(fā)送端，以及液晶屏數(shù)據(jù)、狀態(tài)的讀入端。這幾類信息均通過SN74ALS573B來連接到LCM19264液晶屏上。

2.2軟件設(shè)計(jì)

2.2.1設(shè)計(jì)分析

LCM192×64型液晶顯示器模塊與S3C2410A CPU模塊的連接采用直接控制方式，其特點(diǎn)是電路簡單，控制時(shí)序由軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)高速ARM CPU與液晶顯示模塊的接口。

液晶屏的驅(qū)動控制程序軟件包括數(shù)據(jù)傳送、設(shè)置X/Y地址、液晶顯示控制等程序。

數(shù)據(jù)傳送包括初始化和將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏的顯示存儲器中。

設(shè)置X/Y地址包括設(shè)置顯示起始行、設(shè)置頁面地址（即X地址）、設(shè)置Y地址。

液晶顯示控制等程序包括顯示開關(guān)控制、讀取液晶屏狀態(tài)以及讀取顯示數(shù)據(jù)等。

因此，要使液晶屏正常顯示，主要實(shí)現(xiàn)兩個功能，一個是向與寫指令和寫數(shù)據(jù)相對應(yīng)的I/O端口地址，寫入控制液晶屏工作的指令代碼和所要顯示的內(nèi)容的編碼。另一個就是要用程序來控制實(shí)現(xiàn)KS0107的讀寫時(shí)序[5]，尤其是控制管腳E的高低電平持續(xù)時(shí)間產(chǎn)生液晶顯示所需的寫時(shí)序。KS0107寫操作的工作時(shí)序如圖3。

借助坐標(biāo)設(shè)置指令可以對所要顯示的圖形進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。KS0107有兩個常用指令用于設(shè)置光標(biāo)的X(行)方向坐標(biāo)、Y(列)方向坐標(biāo)。光標(biāo)出現(xiàn)的位置由0XB8(0~3比特位有效)和0x40(0~ 6比特位有效)分別加上一定的地址偏移量決定的。原則上在寫數(shù)據(jù)，顯示一行圖形的過程中，X(行)坐標(biāo)保持不變，Y(列)坐標(biāo)會自動循環(huán)加1，這樣對于靜態(tài)圖形的顯示，由于只需考慮行坐標(biāo)，就很方便，但如果要動態(tài)顯示各種文字圖形，它的編程效率就不是很高。最好對X,Y向的地址偏移量都進(jìn)行人為的設(shè)置，就可以精確控制圖像出現(xiàn)的位置。

[0XB8+(disp_x(屏幕坐標(biāo)))]→X(行)向的物理坐標(biāo)

[0XB8+(disp_y(屏幕坐標(biāo)))]→Y(列)向的物理坐標(biāo)

disp_x表示X(行)向的地址偏移量，取值范圍為0～7，也即代表顯示屏上的8行；disp_y表示Y(列)向的地址偏移量，取值范圍為0～63，也即代表顯示屏上的64列；當(dāng)然在開始顯示圖形之前，由0X3F打開顯示，此外還要存入所要顯示圖形的編碼。

2.2.2LCM 硬件層原子編程

2.2.2.1LCM初始化

初始化 LCM 實(shí)現(xiàn)為后續(xù)寫入顯示數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

寫整個 LCD 內(nèi)部顯示存儲器的內(nèi)容為 0x00，這樣整個 LCD 顯示空白的屏幕以達(dá)到清屏效果。

2.2.2.2    讀LCM狀態(tài)

每次讀寫LCM之前，都需要判斷LCM的上作狀態(tài)，以便能夠得到期望的結(jié)果。讀LCM狀態(tài)，就是讀LCM命令狀態(tài)寄存器，其最高位為‘1’，表示了 LCM的出于忙狀態(tài)，不能接受任何命令或者數(shù)據(jù)的寫入。在從端口讀到數(shù)據(jù)中，最高位表示了 LCM 的工作狀態(tài)，據(jù)此位即可獲得LCM狀態(tài)。

2.2.2.3    寫命令到 LCM

將一個命令字寫到指定的控制芯片的命令寄存器中(對應(yīng)一個控制端口地址)。

設(shè)置頁地址即X地址時(shí)，DDRAM中8行為一頁，LCM19264液晶模塊共計(jì)64行即8頁，由最低3位地址來選擇0～7頁，讀寫數(shù)據(jù)對頁地址沒有影響，頁地址由本指令或RST信號改變，復(fù)位后頁地址為0。

2.2.2.4    寫數(shù)據(jù)到 LCM

將一個數(shù)據(jù)（就是顯示的數(shù)據(jù)）寫到指定控制芯片的 RAM 中。Y地址計(jì)算器具有自動加1功能，在每次讀／寫數(shù)據(jù)后自動加1，所以，在連續(xù)進(jìn)行讀／寫數(shù)據(jù)時(shí)，不必每次都設(shè)置一次Y地址計(jì)數(shù)器。

寫LCM數(shù)據(jù)到DDRAM中，數(shù)據(jù)在E信號下降沿，瞬時(shí)打入LCM中。

2.2.2.5    讀 RAM 數(shù)據(jù)

從指定控制器的規(guī)定地址 RAM 中，讀出一個相應(yīng)數(shù)據(jù)。讀LCM數(shù)據(jù)可以從DDRAM中讀出某個位置的內(nèi)容到數(shù)據(jù)總線DB7~DB0,此時(shí)Y地址指針自動加1。

3  結(jié)語

本文創(chuàng)新點(diǎn)在于：通過軟、硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，提出的LCM19264液晶顯示模塊接口設(shè)計(jì)，結(jié)合特定的應(yīng)用場合，搭建了以S3C2410A和 KS0107控制器為基礎(chǔ)的嵌入式液晶屏開發(fā)底層平臺。成功解決了液晶模塊與ARM9 CPU的讀寫和控制等問題，大大提高了顯示效果和控制靈活性，為ARM嵌入式系統(tǒng)液晶顯示平臺的構(gòu)建提供了一種新的參考。該開發(fā)模式可以有效地運(yùn)用到以 POS機(jī)為主的嵌入式應(yīng)用場合，在其他顯示場合稍作修改，即可使用，因此，具有很強(qiáng)的移植性。

參考文獻(xiàn)：
[1] 周立功. ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.8
[2] S3C2410 Data sheet
[3] LCM Product Specifications—LCM 192644-01.
[4] 楊于鐳. 基于ARM的Sam sung S3C44BOX觸摸屏接口設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006，9：2264—2266
[5]周廣祿，王翠華，孫鵬嬌等. 基于AVS-M和DM642視頻服務(wù)器的研究，微計(jì)算機(jī)信息，2006,10-2:46-48