EP7312的顯示控制器SED1356接口技術(shù)

    摘要：通過(guò)對(duì)EPSON公司的大規(guī)模液晶顯示控制器芯片SED1356的介紹，分析嵌入式系統(tǒng)中視頻顯示電路的原理，并給出完整的硬件連接框圖有效的軟件實(shí)現(xiàn)方法。

    關(guān)鍵詞：SED1356 EP7312 嵌入式系統(tǒng) 視頻顯示接口

引言

目前，在很多嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)在終端上顯示，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的視頻顯示接口，以便把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合終端顯示要求的信號(hào)，并控制其在終端上的顯示。由于嵌入式系統(tǒng)便攜式的特點(diǎn)，要求視頻顯示電路不但功能強(qiáng)、性能好，而且體積小、重量輕、功耗低，同時(shí)要兼顧性價(jià)比。

現(xiàn)在東芝、飛利浦、泰鼎（Triend）、愛(ài)普生（EPSON）等公司都在生產(chǎn)高性能的圖形顯示控制器。EPSON公司的顯示控制器可分為小規(guī)模、中小規(guī)模和大規(guī)模三大類。其中，小規(guī)?？刂破饔糜谧址虻头直媛曙@示場(chǎng)合；中小規(guī)?？刂破饔糜趩紊?40×480，彩色320×240顯示場(chǎng)合，它的顯存一般只有幾十KB；大規(guī)?？刂破饔糜?00×600顯示場(chǎng)合（64K色），具有高解像度，配用EDO-DRAM，顯存可高達(dá)2MB。在實(shí)際系統(tǒng)中，選用了EPSON公司的視頻接口芯片SED1356用于顯示圖像數(shù)據(jù)。

1 SED1356顯示控制芯片介紹

SED1356（S1D13506）是EPSON大規(guī)模顯示控制器家族中較新的一款，是以SED1354為基礎(chǔ)控制器發(fā)展起來(lái)的更多功能的LCD顯示控制器（SED1354只支持LCD接口，SED1355不支持TV接口）。它內(nèi)置RAMDAC硬件X-Y軸轉(zhuǎn)置2維加速器，共有114個(gè)寄存器，可以靈活地對(duì)各種不同的顯示方式進(jìn)行設(shè)置，功能非常強(qiáng)大，可以和目前市場(chǎng)上流行的多種CPU總線兼容。它主要應(yīng)用于低功率、低價(jià)位的嵌入式系統(tǒng)，如PDA、GPS、商務(wù)自動(dòng)化等。

    SED1356支持最高為16位數(shù)據(jù)寬度的LED接口，使用FRM和調(diào)諧（dithering）技術(shù)，可以在TFT LCD、CRT和TV上最高顯示64K顏色。它配置一個(gè)16位內(nèi)存接口，可以支持最高2MB的EDO-DRAM。支持6色，256色和真彩色的顏色結(jié)構(gòu)。對(duì)于TV電路，它支持TV的NTSC制式和PAL制式顯示。在NTSC制式中它支持從400×396到720×484多種分辨率。圖1所示為SED1356的典型應(yīng)用框圖。

1．1 總線兼容性能

SED1356可以和多種CPU總線兼容，對(duì)于不同的CPU有不同的時(shí)序結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)硬件的設(shè)計(jì)來(lái)選擇。SED1356支持以下CPU總線類型（對(duì)于其它CPU的時(shí)序可以通過(guò)選擇類似的時(shí)序結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)）：

*SH-4/SH-3 Bus interface;

*Motorola MC68000/MC68030 Bus；

*Motorola PowerPC MPC82x;

*MIPS/ISA;

*PC Card(PCMCIA);

*Philips PR31500/PR31700/Toshiba TX3912;

*StrongARM;

*通用類型總線。

另外它還可以通過(guò)寄存器來(lái)設(shè)置多種內(nèi)裝存類型。具體可以使用以下內(nèi)存：

512KB的EDO-DRAM（25×16）；

512KB的FPM-DRAM（256×16）；

2MB的EDO-DRAM（1×16）；

2MB的FPM-DRMA（1×16）。

    1．2 輸出信號(hào)的類型和模式

*可以同時(shí)輸出數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，并且這兩種信號(hào)可以是各自獨(dú)立的，即可以同時(shí)管理LCD和CRT/TV并顯示不同的圖像。它支持16色，256色和真彩色的顏色結(jié)構(gòu)。

*對(duì)于TV通道，它通過(guò)嵌入式RAMDAC（一種數(shù)模轉(zhuǎn)換方式）支持NTSC制式和PAL制式顯示。對(duì)于CRT通道，它通過(guò)嵌入式RAMDAC支持最高64K顏色顯示。對(duì)于數(shù)字RGB LCD通道，它支持最高64K顏色的TFT LCD顯示。

*可以旁通LUT，每個(gè)像素可直接映射15/16位顏色深度。

    1．3 顯示特性

*它支持光標(biāo)和墨水層，對(duì)于LCD和CRT或復(fù)合視頻接口，支持獨(dú)立的64×64×2硬光標(biāo)和2位的黑水層。可以在內(nèi)存中存儲(chǔ)多個(gè)光標(biāo)圖像，并且通過(guò)寄存器的設(shè)置，在一定時(shí)間，使用其中的一個(gè)。通過(guò)寄存器的設(shè)置可以設(shè)定光標(biāo)在屏幕上的位置。

*具有SwivelView特性，支持圖像翻轉(zhuǎn)，可以對(duì)顯示圖像進(jìn)行90°、180°、270°的硬翻轉(zhuǎn)。

*它支持虛擬圖像，可以通過(guò)對(duì)寄存器的設(shè)置在內(nèi)存中存儲(chǔ)一個(gè)比實(shí)際圖像大的虛擬圖像，而屏幕就相當(dāng)于一個(gè)窗口，可以移動(dòng)它來(lái)顯示虛擬圖像的一部分。

*在SED1356內(nèi)部有一個(gè)2D的數(shù)據(jù)加速內(nèi)核，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的快速寫(xiě)、讀、移動(dòng)、填充等等。用以加速顯示圖像的刷新。

2 硬件設(shè)計(jì)

2．1 EP7312的總線接口

選用Cirrus Logic公司ARM720T微處理器的EP7312作為MPU。EP7312的內(nèi)核電路工作在2.5V，而外圍電路工作3.3V，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的工作溫度為-40℃～85℃。集成了SDRAM和增強(qiáng)數(shù)字音頻接口，可動(dòng)態(tài)編程18MHz、36MHz、49MHz、74MH四種時(shí)鐘速率，其中在74MHz時(shí)鐘下，其穩(wěn)定處理能力達(dá)到66MIPS，峰值處理能力達(dá)到74MIPS，近似等同于100MHz奔騰處理器。EP7312主要為超低功耗所設(shè)計(jì)，其功耗最大不超過(guò)90mW。本平臺(tái)選用74MHz時(shí)鐘。

EP7312配備以下接口：

①支持兩個(gè)外部存儲(chǔ)器接口，第一個(gè)是ROM/SRAM/Flash接口，具有可編程等待態(tài)和突發(fā)模式能力，6個(gè)片選控制6個(gè)256MB片（section）的可尋址空間，第二個(gè)是16或32位寬的可編程SDRAM接口，允許與2個(gè)256MB的SDRAM段直接連接。②2個(gè)16550兼容UARTs接口；③2個(gè)同步串行口；④8×8鍵盤口；⑤2個(gè)可編程占空比的96kHz時(shí)鐘輸出PWM脈沖寬度調(diào)制器（Pulse Width Modulator）接口；⑥四個(gè)通用目的輸入/輸出口（GPIO）；⑦直接與DAC、ADC和CODEC相連的數(shù)字音頻接口。

2.2 SED1356與MPU總線接口

雖然SED1356可以和許多廠家的多種MPU直接相接，但它不支持具有ARM7內(nèi)核的EP7312。因此通過(guò)分析SED1356這幾種現(xiàn)成的總線連接模式，筆者認(rèn)為PC卡總線連接模式較為簡(jiǎn)單，稍加修改，配以必要的時(shí)序邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系就可以進(jìn)行對(duì)接?？捎肕D[0:15]配置所使用的具體總線。

2．3 接口分析及實(shí)現(xiàn)

從上述接口信號(hào)的定義以及時(shí)序關(guān)系分析得出，EP7312的A[1：20]、DB[0：15]、NRST、NCS2、EXPRDY、NWR、NRD信號(hào)引腳和SED1356的A[1：20]、DB[0：15]、RESET、CS、WAIT、WE0、RD信號(hào)引腳可以分別進(jìn)行連接。對(duì)于SED1356的M/R信號(hào)引腳，可以用EP7312的A21進(jìn)行控制。這樣可以選擇不同的地址，進(jìn)而控制SED1356對(duì)應(yīng)的內(nèi)存和寄存器。

    對(duì)于SED1356上的WE1和RD/WR信號(hào)引腳，處理起來(lái)稍微麻煩。經(jīng)分析得出：EP7312對(duì)外進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，根據(jù)半字（16位）和字（32位）操作方式的區(qū)別，HALFWORD和WORD引腳會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)變化，由于SED1356的顯存最高為16位，因此這兩個(gè)引腳將不加以區(qū)分。由于WE1控制高位讀寫(xiě)，RD/WR控制低位讀寫(xiě)，可用EP7312的A0信號(hào)確定半字和字節(jié)的區(qū)別。時(shí)序轉(zhuǎn)換關(guān)系由CPLD完成。總線連接框圖如圖2所示。

CPLD中的VHDL語(yǔ)言如下：

CPLD_RD/WR=not（(not A0)or WORD orHALFWORD）;

CPLD_WE1=not(A0 or WORD or HALFWORD);

上述邏輯完全實(shí)現(xiàn)了SED1356對(duì)字節(jié)的讀寫(xiě)，其中CPLD_RD/WR控制低位的讀寫(xiě)，CPLD_WE1控制高位的讀寫(xiě)。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

本電路的底層測(cè)試軟件均用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。圖3是SED1356的初始化流程圖。

下面對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)中的主要部分進(jìn)行說(shuō)明。

3．1 虛擬圖像的設(shè)置

在2M內(nèi)存中開(kāi)辟2塊顯存，1塊用于虛擬顯示（較大）、1塊用于屏幕尺寸顯示。前1塊主要用于地圖顯示目的，可以通過(guò)橫豎2個(gè)滾動(dòng)條實(shí)現(xiàn)地圖的全尺寸瀏覽，需開(kāi)辟的空間主要取決于需要瀏覽的最大圖形尺寸大??；后1塊主要顯示較為固定的信息，像菜單、固定圖像、界面等。本方案如采用每像素16bpp顯示方式，這樣在640×480的屏幕上至少需要開(kāi)辟614400B的顯示內(nèi)存。這樣做的好處是不必等待圖像數(shù)據(jù)的再次寫(xiě)入，屏幕圖形可以進(jìn)行快速切換，大大減少了轉(zhuǎn)向地圖顯示等待的時(shí)間。

3.2 調(diào)色板的設(shè)置

對(duì)于真彩色，也即15/16bpp的顏色格式，不必使用調(diào)色板，對(duì)于4/8bpp顏色格式，SED1356有1個(gè)LUT表格，有3組各自表示R-G-B三種顏色，每組有256個(gè)位置，每個(gè)位置可以存放4位數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò)寄存器來(lái)讀寫(xiě)LUT表。當(dāng)按照數(shù)據(jù)格式在內(nèi)存中寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，SED1356通過(guò)LUT表格來(lái)查找與顯示數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的R-G-B顏色，從而在顯示器上顯示出相應(yīng)的色彩。

3．3 光標(biāo)圖像的設(shè)置

對(duì)于光標(biāo)圖像，采用的是2bpp的顏色格式，SED1356控制的光標(biāo)是64×64大小的，共有4096個(gè)點(diǎn)，也就是使用1024個(gè)字節(jié)就可以儲(chǔ)存一個(gè)光標(biāo)圖像。光標(biāo)的起始位置為左上角，可用寄存器設(shè)定它的X、Y值，如圖4所示。

圖5和圖6

    在SED1356中有6個(gè)寄存器，分成2組，1組3個(gè)。每1組寄存器可以設(shè)定一種顏色，從而可以設(shè)置出兩種默認(rèn)的顏色：顏色0、顏色1。這兩種默認(rèn)顏色是按照16bpp的格式設(shè)置，即R-G-B：5-6-5。從而，對(duì)于光標(biāo)圖像2bpp表示的顏色如下，00表示默認(rèn)顏色0，01表示默認(rèn)顏色1，10表示背景色。這樣用2位就可以設(shè)置光標(biāo)一個(gè)點(diǎn)的顏色了，但光標(biāo)的顏色只能在默認(rèn)顏色0、1和背景色之間選。如果需要更改顏色，則需要對(duì)儲(chǔ)存默認(rèn)顏色的寄存器進(jìn)行重新設(shè)置。

設(shè)置光標(biāo)的2bpp的數(shù)據(jù)如圖5所示。

3．4 RGB-565顏色顯示格式

本接口使用RGB-565格式的真彩色顯示數(shù)據(jù)格式，每種顏色需要占用2個(gè)字節(jié)，顏色排列并不規(guī)律，如圖6所示，圖6顯存設(shè)置為小端格式。

本軟件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)是盡量模塊化，盡量將整個(gè)程序分成眾多模塊，用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣便于調(diào)試、修改。

結(jié)語(yǔ)

在全天候?qū)Ш巾?xiàng)目中，本液晶顯示模塊占用體積小，功耗低。能夠很好的對(duì)存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示取得了良好的應(yīng)用效果。