基于NIOS II嵌入式处理器实现LCD的控制

随着半导体技术以及计算机软硬件技术的飞速发展，对于图像的显示的控制技术也呈现出越来越多的方式。本文介绍了一种基于NIOS II软核处理器实现对LCD-LQ057Q3DC02控制的新方法。在设计中利用FPGA的Altera的SOPC Builder定制NIOS II软核处理器及其与显示功能相关的“软” 硬件模块来协同实现显示控制的软硬件设计。利用SOPC技术，将NIOS II CPU和LCD控制器放在同一片FPGA中，解决了通常情况下必须使用LCD 控制专用芯片才能解决LCD显示的问题。

　　1 LCD选型及主要特性

　　本文所采用的LCD是SHARP公司的5.7英寸的LCD-LQ057Q3DC02。它能显示320×240×3点像素，输入信号有:18位色度信号(R，G，B各6位)的数据信号，4个时钟信号(CLK，Hsync，Vsync，Enable)以及实现水平显示模式，垂直显示模式的R/L、U/D和VGA/QVGA模式选择信号线。


　　事实上，LCD-LQ057Q3DC02是一个逐行扫描设备，它总是从屏幕的左上方开始扫描，先水平扫描完一行(320像素点)到最右边，然后再回到最左边，换下一行，继续扫描。直到扫描到屏幕的最下方(共240行)，这样就扫描完一帧图像，然后再回到最左边，开始下一帧的扫描。

　　2 Avalon流模式LCD控制器设计

　　文中实现的LCD 实时图像显示控制方式采用的是DMA数据传输方式。设计时，利用DMA控制器在流模式LCD控制器和SDRAM 之间建立一条DMA传送通道，让硬件来完成像素信息的自动读取，而NIOS II处理器仅通过操作SDRAM 中相应的区块就能实现LCD 图像的更新。

　　2.1 Avalon流模式控制器的组成

　　设计Avalon流模式外设时需要遵循Avalon总线规范。在实际设计时，笔者设计的Avalon流模式LCD控制器的硬件结构如图1。该控制器由如下3部分构成:LCD接口控制器、FIFO存储器和Avalon Streaming Port接口。

　　2.2 LCD显示控制流程

　　对LCD-LQ057Q3DC02而言，要实现LCD的正常显示就必须对相应的控制信号正确配置，特别是行同步(LCD_Hsync)、场同步(LCD_Vsync)必须与从SDRAM 存储器中取出的图像数据同步，否则，图像将不能正常再现。实现LCD控制的行同步、场同步的控制时序流程如图2。

　　2.3 LCD控制器文件组成及部分代码

　　与LCD控制器硬件相对应的是3个模块文件，分别是:LCD_interface.vhd，LCD_pixel_fifo.v以及LCD_controller_stream.v。其中LCD_controller_stream.v是顶层模块，其内部也包含了Avalon Streaming Port接口时序部分，LCD_pixel_fifo.v可通过QuartusII中的宏模块直接生成。当生成了上述3个文件后，可选择SOPC Builder中的System->Add Interface to User Logic命令打开Interface to User Logic对话框，选择总线类型为Avalon Memory Slave，因为工作于流模式的LCD控制器可看成一个存储器(FIFO类型)，可通过添加DMA控制器来实现存储器(FIFO)到存储器(SDRAM)的DMA设置。下面给出LCD接口部分程序。