嵌入式系統(tǒng)的VGA接口設(shè)計
引言
目前越來越多的嵌入式處理器上集成了LCD控制器。典型的如三星的S3C2410A，Intel的Xscale系列。這樣可方便地外接大屏幕的LCD，且分辨率也能達(dá)到640×480，甚至800×600;色深能從6.5萬色(16位)到26萬色(18位)。但是大屏幕LCD的價格都比較昂貴。另一方面，普通計算機(jī)的VGA接口顯示器，保有量巨大、技術(shù)成熟，如果能通過接口轉(zhuǎn)換手段，讓嵌入式處理器直接支持VGA顯示器，則能很大地利用現(xiàn)有資源，節(jié)約系統(tǒng)成本。
LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口
VGA (Video Graphics Array)接口信號為模擬信號。其關(guān)鍵信號有5個，分別是Horizontal Sync水平同步信號(也叫行同步信號)，垂直同步信號Vertical Sync(也叫場同步信號)，Red紅色，Green 綠色和Blue 藍(lán)色。電子槍從左至右,從上至下地進(jìn)行掃描，每行結(jié)束時,用行同步信號進(jìn)行同步;掃描完所有行后用場同步信號進(jìn)行場同步。因電子槍偏轉(zhuǎn)需要時間，所以掃完回轉(zhuǎn)中，要對電子槍進(jìn)行消隱控制:在每行結(jié)束后的回轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行行消隱;在每場結(jié)束后的回轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行場消隱。消隱過程中不發(fā)送電子束。
掃描式LCD接口(以S3C2410A的LCD控制器為例圖1)，在每一場完畢后，也是用VSYNC來進(jìn)行場同步;每一行完畢后，也是用HSYNC進(jìn)行行同步;也有VCLK像素時鐘，用于鎖存數(shù)據(jù);
其場同步信號，寬度為(VSPW+1)，之前有場消隱前肩(VFPD+1)，之后有場消隱后肩(VBPD+1);
其行同步信號，寬度為(HSPW+1)，之前有行消隱前肩(HFPD+1)，之后有場消隱后肩(HBPD+1);
可以發(fā)現(xiàn)，掃描式LCD接口的同步信號時序和VGA接口是一致的。原因是發(fā)明LCD后，盡管顯示原理不同，但為了在時序上和CRT兼容，也采用了這樣的控制時序。基于此，完全能將LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口。
圖1 三星S3C2410A的LCD信號時序圖(來自S3C2410A數(shù)據(jù)手冊)
方案實現(xiàn)
VGA接口只需Hsync和Vsync兩個同步信號和RGB三個色彩分量信號。而掃描式LCD接口的同步信號的時序和VGA接口的完全一致，可直接把兩個同步信號接入VGA接口。
S3C2410A的LCD控制器輸出的是RGB數(shù)字信號。因此若用一些DAC芯片把RGB數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，即可實現(xiàn)VGA接口的RGB信號輸入。這類視頻專用DAC芯片較多，例如ADI公司的ADV7120;CHRONTEL公司的CH7004C。實驗中選用的CHRONTEL公司的CH7004C。S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接如表1。
表1 S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接
在選擇數(shù)據(jù)格式時，RGB565較合適，因為16位數(shù)據(jù)已經(jīng)有6.5萬色，完全足夠;24位數(shù)據(jù)時每個像素實際占用32位，4個字節(jié)，傳輸時對S3C2410A的總線資源占用太大。
整個電路原理圖如圖2所示。其中一些需要注意的地方有：
CH7004C工作在從模式下，由S3C2410A的I2C控制。在實驗中使用的是精度較好的日本村田(murata)的阻容元件，包括10K,360歐，75歐和10pF的電容。10K用于I2C總線的上拉，360歐用于RSET引腳接地;75歐為R，G，B三個輸出管腳和地之間的終端電阻，10pF電容用于晶振。另外，CH7004C的IIC地址，是通過把ADDR引腳拉高或拉低來設(shè)定;接地時，根據(jù)芯片手冊，其7位的I2C地址為1110110，最后加一個讀/寫位。
圖2 CH7004C的電路原理圖
CH7004C的關(guān)鍵寄存器及設(shè)置
[!--empirenews.page--] CH7004C片內(nèi)有25個寄存器。其中比較關(guān)鍵的是Display Mode，Input Data Format，Sync Polarity三個寄存器。Display Mode顯示模式寄存器，片內(nèi)地址0X00，輸入分辨率為640×480，由芯片手冊，可選模式從Mode13到Mode17均可。實驗中選擇的是默認(rèn)的Mode17，對應(yīng)參數(shù)為0X6A。Input Data Format輸入數(shù)據(jù)格式寄存器，片內(nèi)地址是0X04，因為輸入的數(shù)據(jù)格式為RGB565，且需打開pass-through模式，故對應(yīng)參數(shù)為0X20。Sync Polarity同步信號極性寄存器，片內(nèi)地址0X0D，根據(jù)輸入的Hsync和Vsync的極性來設(shè)定，如果是均為負(fù)脈沖，則把VSP位和HSP位都置0;如果均為正脈沖，則把VSP位和HSP位都設(shè)置為1。實驗中，把S3C2410A的LCD控制器的同步信號極性均設(shè)為低電平有效，故參數(shù)為0X00。
S3C2410A的LCD控制器設(shè)置
作為輸出源，S3C2410A的LCD控制器也需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。需要的輸出分辨率是640×480，16位色(RGB565格式),刷新率60Hz。一共有LCDCON1到LCDCON5共5個寄存器需要設(shè)置，具體參數(shù)要參考VGA時序規(guī)范和LCD時序圖(圖1)。所需設(shè)置的寄存器如表2。
表2 S3C2410A的LCD控制器中需要設(shè)置的寄存器
S3C2410A的LCD控制器設(shè)置
作為輸出源，S3C2410A的LCD控制器也需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。需要的輸出分辨率是640×480，16位色(RGB565格式),刷新率60Hz。一共有LCDCON1到LCDCON5共5個寄存器需要設(shè)置，具體參數(shù)要參考VGA時序規(guī)范和LCD時序圖(圖1)。所需設(shè)置的寄存器如表2。
表2 S3C2410A的LCD控制器中需要設(shè)置的寄存器
實驗及數(shù)據(jù)
實驗中，選擇的操作系統(tǒng)嵌入式Linux，內(nèi)核版本2.4.18，圖形系統(tǒng)是Qtopia 1.7.0。bootloader選用的韓國MIZI公司的vivi。上電后，vivi將進(jìn)行初始化，其中包括設(shè)置CH7004，然后再引導(dǎo)進(jìn)入Linux。對CH7004的操作，完全可以看作對一個IIC接口的EEPROM來進(jìn)行，可專門定義一個函數(shù)IIC_Write()來寫數(shù)據(jù)。例如對IDF寄存器的設(shè)置為I2C_Write(0xec,0x04,0x20)。設(shè)置好后，CH7004的所有寄存器數(shù)據(jù)如表3。
實驗中還發(fā)現(xiàn)，設(shè)定SPR同步信號極性寄存器時，如果都設(shè)同步信號為正脈沖有效，接顯示器也能正常顯示，但是有閃爍。負(fù)脈沖有效則無這種情況，故推薦均設(shè)置為負(fù)脈沖有效。
表3 正常工作時,CH7004C的各個寄存器讀出的數(shù)據(jù)
結(jié)語
本文提供的LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口的解決方案，經(jīng)過實際驗證，切實可行。在Linux和Windows CE 4.2兩種嵌入式操作系統(tǒng)下均進(jìn)行了測試，Linux下VGA顯示器的畫面非常穩(wěn)定;在Windows CE 4.2下基本穩(wěn)定，略有閃爍。該方案最大特點(diǎn)在于讓嵌入式系統(tǒng)直接支持VGA顯示器，具備較大的實際應(yīng)用意義。
圖3 Linux下外接VGA顯示器
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