基于ARM与FPGA的LCD控制器设计

　　随着显示屏技术的不断发展，真彩液晶显示屏以其高分辨率、高对比度及高清晰度等优势逐渐在嵌入式显示系统中占据重要地位。目前，基于嵌入式平台的LCD显控技术的实现主要有两种方式：ARM内嵌LCD控制器和独立的控制器件。但是这两种实现方式都存在着不足之处，内嵌控制器的使用可能增大处理器的负担和限制显示帧率，而外部控制器件不仅成本高，而且专用性比较强，很难适应不同类型的液晶屏。

　　据此存在的问题，这里提出一种基于ARM与FPGA的LCD控制器设计方案，该设计方案一方面能够通过操作LINUX OS下的Framebuffer设备提高显存的写入速率及减轻处理器的负担，另一方面用FPGA来实现LCD控制器的设计，开发周期短、功耗低，同时具有灵活的移植性，可应用于不同中小尺寸的液晶显示屏。

　　1 系统组成及工作原理

　　系统主要有微控制器、FPGA(LCD控制器)、存储单元以及外设接口组成，系统组成框图如图1所示。

　　系统的工作流程：在FPGA内部的时序发生电路所产生的时序控制信号作用下，LCD控制器通过Framebuffer接口从微控制器读出显示所需的数据存入显示缓存SRAM中。同时LCD显示屏从显存SRAM中读取显示数据，并通过数据格式转换电路直接将数据信息实时显示。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 LCD控制器

　　LCD控制器是基于FPGA实现的。本方案采用Altera公司的Cvclone(飓风)系列EPlC6Q240。FPGA具有高速的数据传输I/O接口，可实现高速的显存读取速率，大大提高LCD显示的帧率。而同时FPGA是可编程逻辑器件，可实现复杂的逻辑运算及提供复杂的控制时序。LCD显示屏采用LQ035Q3DG01型的TFT-LCD液晶显示屏，分辨率为320×240，图像信号为RGB格式。

　　由于SRAM有较高的读写速度，该设计方案的显示缓存采用1片IS61LV51216AL型SRAM，其容量为512 KB，读写速度为10ns左右。而显示一帧图像的大小为125 KB(320x240x2/l024)，FPGA对显存的读写速度约为200 ns，因此满足系统要求。图2为LCD控制器电路连接图。

　　2.2 ARM9微控制器

　　该系统设计的主控单元采用ATMEL公司的AT9lRM9200(简称9200)作为MCU，该处理器是基于ARM920T内核，工作主频为180 MHz。性能可达到200 MI/s，系统采用开源的LINUX OS。但是ARM9作为系统的控制终端，需要完成信息采集、处理以及与外部通信等多项工作，而LCD控制器如果也要从内存中读出数据显示，这就会造成处理器负担，从而降低显示缓存读入数据的速率，影响LCD的实时显示。因此这里提出一种基于LINUX 0S下的Framebuffer接口的应用方法，大大提升显存读入数据的速率，从而提升整个显示系统的实时性。图3为AT91RM9200接口电路连接。