图形控制器重塑信号显示技术

　　图形显示已不仅仅是21世纪电子产品的重要部件，可以说它已成为消费者的必备之物。相应地，这也为图形控制器提供了巨大的发展空间。图形控制器能满足当前显示器从单色黑白至256000种色彩的绝大部分分辨率要求，也能处理多色彩、高分辨的细微特征显示。例如，它能适应65000种色彩320×240点(四分之一VGA)显示器，也能工作在16级灰度800×600点大显示屏幕。前者是智能电话、PDA和照片打印机预视屏的通用结构；后者则用于POS终端机上。

　　设计先进的图形控制器为提高图形显示性能提供了低成本、低功耗的解决方案。若工作在LCD模块，图形控制器能提高分辨率，增加色彩深度。若和低档MCU一起使用，图形控制器支持2D图形，甚至更新奇，更具吸引力的功能和特征。

　　成本常常是研发和技术最关注的因素，因此，低设计成本的巨大潜力有助于图形控制器成为更通用的元件。自从计算器、游戏机和手表中出现第一代LCD以来，显示技术经历了漫长的发展道路。成本的下降无疑为LCD基技术的需求和发展作出新的贡献。

　　图形控制器可提供的性能

　　过去，图形处理纯粹是通过软件完成的，退一步说也是费时又费力。当前，系统依靠图形控制器来完成这些任务。图形控制器其在LCD屏幕上显示功能丰富、色彩齐全的能力，已成为链接微处理器和显示屏幕以及驱动器的纽带(图1)。

　　Solomon Systech SSD1906是一款典型的图形控制器，它在单一芯片中集成了256KB SRAM显示缓冲器、图形引擎和定时电路。存储映象寄存器存储命令(图2)。控制寄存器调用地址0×00000。显示存储器的范围从0×40000至0×7FFFF，占据256K显示缓冲器空间。命令寄存器与帧缓冲器是直接通过18位地址总线和专用M/R#引脚寻址的。

　　显示缓冲器

　　SSD1906比SSD1905更先进，它具有可连续存储的256KB帧缓冲器(图3)，而后者只有80KB嵌入式SRAM显示缓冲器。精细分辨、全色彩显示、因特网浏览和多媒体能力已是日常的要求。满足这些要求的技术令应用千变万化，让设备带有更大的显示屏幕。Solomon Systech的图形控制器与新技术、新工艺并驾齐驱，支持更大的显示缓冲器，更高分辨率的屏幕，高达16bPP的色彩深度以及最大262000种色彩。

　　单电源工作

　　该器件设计成单电源工作，而不是分离的芯核VDD和IOVDD两种电源，这有助于硬件电路设计，也使元件数量最少，降低设计成本。

　　图形引擎

　　在内置图形引擎的众多功能中，首要的功能是实现硬件基图形显示的旋转。它可以让图象旋转90°、180°、270°，也可以反时针旋转，以满足不同规格因子的要求。该功能除了能从各个方向来观察LCD外，它每次能将整个显示缓冲器重写一遍，因此硬件基方案比软件基旋转速度更快，效率更高，性能更优越。

　　片上图形控制器还具有虚拟显示能力，通过拍摄全景和整屏滚动，使屏幕图象显示比实际画面更大。该功能可让便携式设备用户自由地显示图象的各个部分。同时，每次移动窗口观察时，与软件实施方案相比，可降低CPU重写显示缓冲器的要求。

　　不仅如此，SSD1906具有浮动窗口功能，让几个尺寸可变的窗口重又叠在主帧上，满足了多任务图形应用的种种要求。它将分离的存储区分配给主窗口和浮动窗口，从而避免在重叠的窗口移动时损坏背景图象。

　　Solomon Systech解决方案还提供2个4、8、16bPP并存的硬件光标，以减少软件的运算量。该功能可让2个4色彩闪动或静止光标叠加在显示区上，如果用户愿意，光标也可以是透明的。

　　双页面或多页面缓冲提高了帧视频显示的质量。为此，系统将SRAM缓冲存储器分成若干个存储区，然后顺序地将视频帧内容送入每个存储区。采用这样的安排后，系统在显示一个存储区的同时更新其余存储区的内容。屏幕显示出平滑地移动图象的效果。32位内部数据路径为快速屏幕更新提供高带宽的显示存储器。

　　集成化接口

　　尽量减少应用研发时间是工程人员主要关心事项之一。内置MCU和LCD接口的LCD图形控制器减轻了设计工作量。SSD1906支持13种单色和彩色有源矩阵与无源矩阵LCD屏幕，其中包括4位或8位、单色或彩色超扭曲列向(STN)屏；9位、12位和18位有源矩阵薄膜晶体管(TFF)屏；直接支持Sharp公司18位160×160点或320×240点高分辨率TFT(HR-TFT)。

　　SSD1906还提供超过11种高档或低档CPU的直接接口，涵盖了Motorola MX1和 XML、Intel Xscale以及Motorola Drag-on Ball VE等PDA与其它手持式终端市场的主流产品。

　　图形控制器是提供高品质显示器的最佳解决方案，具有最高可能的可靠性、最低可能功耗以及最大灵活性。它甚至突破了象M×1和Xscale一类最高档CPU的有限图形功能。

　　动态明暗法

　　按照常规，图形控制器使用帧速率控制法(FRC)或静态明暗法来产生阴影或灰度级。FRC是控制多个帧上的开像素和闭像素形成的。静态明暗法则是将开像素和闭像素单元调整为小型的、规定的像素群，以所需的FRC阴影和灰度级填充每个开像素形成的。FRC和静态明暗法仅适用于单色或彩色无源矩阵STN  LCD屏幕。

　　静态明暗法有种种缺点，尤以块状图象和不确定的显示分辨率最为突出。动态明暗法模式以可变次数改变同一灰度级图形，将讨厌的块状效应平均掉。

　　SSD1906实施动态明暗法，因此在提高图形质量的同时能保持分辨率。动态明暗法的特点是使显示图象更加赏心悦目。

　　功耗

　　功耗是设计关注的头等大事。降低功耗可以延长电池的寿命，因而使手持式终端更具吸引力。在图形控制器中，显示模式电流取决于系统输入时钟源(CLK1)，内部LCD屏幕控制用的像素时钟(PCLK)以及色彩深度。

　　在测试场合，倘若工程人员增加色彩深度但其它全部条件保持在标准水平，典型的显示电流将下降。实际工作场合亦是如此。当SSD1906图形控制器工作在较低的2bPP色彩深度，在下列条件下：IOVDD=3.3V；CLK1=16.6MHz;PCLK=CLK1/8;160×160HRTFT,功耗降至2.5mA。

　　为了进一步降低功耗，可让CPU处于休眠模式。然而在此场合，系统应不断地向LCD控制器提供时钟信号，保持正常的显示。

　　外部设计与内置设计的对比

　　与使用内置图形控制器高档MCU或RISC控制器的LCD相比，带外部图形控制器的液晶图形显示器的优点是十分突出的。研究统计表明，外部图形控制器结合低档或中档MCU或RISC能大大降低成本，一般能节省5~18美元，从而直接降低了设计费用。

　　其次，外部图形控制器通过共享工作负载提高微控制器的性能。内置图形控制器的微控制器通常使用DMA显示方案。然而，这需要先进的处理能力和扩展的等待周期，降低了图象的刷新率，使性能恶化。

　　一种更有效的方案是让外部图形控制器执行数据带宽图象刷新任务，让微控制器自由地应付其它的功能。

　　此外，外部图形控制器备有嵌入式SRAM显示缓存，能让微控制器处于暂停模式，减少总线的操作，最终节省功耗。它也能提供最大的设计灵活性，更容易生产按比例缩小，低功耗的新型器件。如果愿意，还能增加其它的硬件图形引擎功能来支持更多的，可重组的显示方式和刷新率。

　　结语

　　移动多媒体产品和系统已成为当前电子领域的热门话题。工程人员正在显示系统中集成更多的视频和音频组件，不断提升多媒体系统的性能。设计先进的图形控制器必将成为廉价，低功耗图形显示器的关键部件，为多媒体设备提供色彩更丰富的信息。■(东华)