基于SOPC适用于不同规格LCOS的控制器设计

摘　要：通过在现场可编程门阵列器件中构建软核处理器（NIOSⅡ）来代替专用集成电路，并在NIOSⅡ中嵌入Ｃ程序，根据给定的规模，自动实现了在不同规模下的各种设计参数的计算。实现了只需要输入系统参数，就能适用于不同规模LCOS控制器的设计，并且结合USB芯片和特定的程序流程，提高了LCOS控制器的适用性和可靠性，降低了器件的成本。

１　引　　言

校正器作为自适应光学系统的核心部件，在很大程度上决定着自适应技术发展的方向。目前在自适应光学系统使用较多的是变形镜校正器。

随着自适应技术在眼底观测方向的使用，传统变形镜校正器显露出其固有的缺点，由于受校正单元少的限制，变形镜校正器很难对存在高阶像差的眼底成像。因此，校正单元多的液晶校正器开始在眼底观测领域广泛使用。与玻璃基板液晶显示器相比，采用硅基板的液晶显示器（LCOS）由于具有尺寸小、分辨率高、光效利用率高等优点，成为目前的最佳选择。作为LCOS驱动电路的核心———为液晶模块（LCM）提供显示数据和时序信号的LCOS控制器通常都是由专用集成电路（ASIC）组成。在实际工程应用中，需要各种分辨率的LCOS，由于每一种LCOS都需要专门的显示控制器，因此LCOS的设计和使用都比较繁琐。

本设计采用现场可编程门阵列（FPGA）器件来代替ASIC，利用可编程片上系统（SOPC）实现通用LCOS显示控制器的设计。在使用中只需通过对软件参数进行修改，即可完成对不同分辨率 LCOS的控制。由于液晶自适应系统需要传输的数据量很大，所以为了保证系统的实时性，采用USB２．０协议进行数据传输。本文使用了NXP公司的PDIUSBD12的USB芯片、ALTERA公司的ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８器件，采用Ｃ＋＋语言设计了USB驱动程序和固件程序，利用ＶＨＤＬ硬件描述语言设计了通用LCOS控制器并在实际应用中通过测试，基本上实现了通用LCOS控制器的预期目标。

２　系统原理

LCOS的显示采用逐行扫描方式，即当一行被选通以后，这一行中的各列信号同时加到列上，并维持一个扫描行的时间，当这一时间结束后选通下一行，各列电极施加下一行的显示电压。

目前普通的液晶控制器都是由存储器和控制器组成，由一块MCU 接收上位机发送过来的显示数据，并由该MCU分配存储地址，生成时序信号，把数据存入存储器中，而后由液晶显示模块读取存储器中的数据。存储器的存取速度较慢，在读写大批量数据时很费时，很难匹配LCOS的响应速度，并且当更换不同分辨率的LCOS显示模块后还需要有新的控制器，存在成本太高且过程烦琐的缺点。

有鉴于此，本文提出了基于SOPC 设计LCOS控制器的思路，即在FPGA 内构建一个NIOSⅡ软核处理器和SRAM 存储器，把SRAM映射到LCOS显示模块的数据缓冲区，将NIOSⅡ与PDIUSBD12以DMA 的方式连接，将NIOSⅡ与上位机以串口的方式连接，通过设置LCOS参数和存储器规模参数在内的各种参数，适应不同分辨率的LCOS；通过DMA方式节省传输时间；通过把SRAM 映射到显示数据缓冲区节省存储器的存取时间。如图１所示。

LCOS系统原理图

图１　LCOS系统原理图。