隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種芯片在體積不斷縮小的同時，功能卻越來越強大。FPGA芯片也從最初只有幾千門，發(fā)展到數(shù)百萬門的規(guī)模，I／O口由幾十個發(fā)展至上千個。在這種資源極其豐富的情況下，F(xiàn)PGA設(shè)計者不再滿足于僅僅用其來設(shè)計簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，而開始在一片F(xiàn)PGA上集成一個完整的電子系統(tǒng)，即SOPC(System On Progratomble Chip)。它通常包括片內(nèi)存儲器和片內(nèi)微處理器。Altera公司針對其FPGA芯片推出的Nios系列處理器，就是專為SOPC設(shè)計而開發(fā)的，它是Altera Excalibur嵌入處理器計劃中第一個產(chǎn)品，它成為業(yè)界第一款可編程優(yōu)化的可配置處理器。本文闡述在SOPC中利用Nios處理器實現(xiàn)GDM12864A顯示模塊控制的方法。
1 GDM12864A顯示控制器
GDM12864A是帶顯示存儲器的圖形液晶顯示控制器。它的特點是內(nèi)置64×64 b的顯示存儲器，顯示屏上各像素點的顯示狀態(tài)與顯示存儲器的各位數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，顯示存儲器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動信號。顯示數(shù)據(jù)為“1”，相應(yīng)的像素點顯示；顯示數(shù)據(jù)為“0”，相應(yīng)的像素點就不顯示。同時GDM12864A配備了一套顯示存儲器的管理電路和與計算機接口電路，允許計算機直接訪問顯示存儲器。其具體參數(shù)如下：64×64 b(512 B)的顯示存儲器，其數(shù)據(jù)直接作為顯示驅(qū)動信號，8位并行數(shù)據(jù)接口，64路列驅(qū)動輸出，低功耗，在顯示期間功耗最大為2 mW，較寬的工作電壓，Vcc=2.7～5.5 V，Vee=0～-10 V。GDM12864A詳細指令如表1所示。
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2 Nios軟核
Nios處理器是Altera公司推出的一個具有32／16 b精簡指令集的軟核(Soft Core)CPU，它是面向用戶，可以靈活定制的通用RISC嵌入式處理器，它以軟核的形式交付給用戶，并針對Altera公司的FPGA專門進行了優(yōu)化。用戶可以在Altera公司提供的開發(fā)軟件中加載Nios核和相應(yīng)的外圍接口并定義相應(yīng)的指令，然后對設(shè)計進行綜合并下載到FPGA中就可以方便地定制一個具有特定功能的嵌入式處理器。用戶可以按照設(shè)計的需要選擇添加必要的部件，不會出現(xiàn)資源浪費的現(xiàn)象。圖1即為一個已經(jīng)設(shè)計完成的基本的Nios系統(tǒng)，它包括了一個嵌入式系統(tǒng)工作所需要的所有基本端口，其中有ROM和RAM接口，串口，UART，以及系統(tǒng)的時鐘Clk，另外還有一些外設(shè)接口。
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3 Nios與顯示模塊的接口電路
利用Nios對GDM12864A進行控制可以有兩種方法：一種方法是將該顯示模塊的接口作為Nios的存儲器或I／O設(shè)備直接掛接到Nios的Avalon總線上，Nios以訪問I／O設(shè)備或讀寫存儲器的方式對其進行控制。另一種方法是將GDM12864A的接口與Nios的并行端口相連接，Nios通過對其端口的操作來完成對顯示模塊的控制。這種方式具有時序簡單，易實現(xiàn)的優(yōu)點，可以直接利用軟件完成所有的控制操作。本文將采用第二種控制方式，其接口電路如圖2所示。
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圖2中DI為寄存器選擇信號，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；RW是讀寫控制信號，RW為高電平時Nios可以從顯示模塊讀取當前狀態(tài)，為低電平時Nios向顯示模塊寫數(shù)據(jù)或指令；E為使能信號。由于GDM12864A是128×64像素的顯示屏，顯示時被分成兩個區(qū)域分別顯示，所以在進行控制時需要進行顯示區(qū)選擇，也就是片選CS1和CS2。DB[7..0]為并行數(shù)據(jù)接口，發(fā)送指令或讀取狀態(tài)都通過對它的操作完成。
4 驅(qū)動程序設(shè)計
液晶顯示模塊控制需要嚴格按照其要求的時序進行，如圖3所示為GDM12864A的時序圖。
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GDM12864A顯示屏由左右兩區(qū)組成，進行控制的時候也需要分開控制兩區(qū)，本文僅給出左區(qū)寫指令子程序和寫數(shù)據(jù)子程序，其他操作都與其類似或可以在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)。寫指令和數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖4所示。
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寫指令子程序：
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寫數(shù)據(jù)子程序：
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上述程序完成了LCD控制中最基本的寫命令和寫數(shù)據(jù)的操作，其他的操作都可以依據(jù)他們來完成。其中Delay()函數(shù)是延時子程序，lcd_busytest()是液晶控制器狀態(tài)查詢子程序。
5 結(jié) 語
本文介紹了一種利用嵌入式軟核處理器控制LCD的方法，并給出了硬件接口電路和軟件設(shè)計實例，從而將整個電子系統(tǒng)包括顯示控制完全用一塊FPGA芯片實現(xiàn)。Nios系列嵌入式軟核處理器具有性價比高，簡單靈活的特點，非常適合于SOPC系統(tǒng)設(shè)計，市場應(yīng)用前景廣闊。
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