一種基于ARM9的彩色TFT－LCD模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　圖1中的信號(hào)定義如下：

　　VSYNC：LCD控制器和LCD之間的幀同步信號(hào)，高電平有效時(shí)表示一幀圖像的起始。

　　HSYNC：行同步信號(hào)，由水平有效像素的大小決定。

　　VCLK：LCD時(shí)鐘信號(hào)，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)數(shù)據(jù)送入LCD移位寄存器內(nèi)。

　　VDEN：數(shù)據(jù)使能信號(hào)，高電平表示數(shù)據(jù)有效。

　　LEND：行結(jié)束信號(hào)。

　　VD[23：0]：RGB數(shù)據(jù)信號(hào)線。對(duì)于24bitTFT-LCD，R、G、B各占8位;而對(duì)于16bit TFT屏有兩種方式：5∶6∶5及5∶5∶5+1，使用時(shí)需要注意要與相應(yīng)TFT-LCD的信號(hào)相一致。

　　2.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

　　NAND Flash是一種固態(tài)內(nèi)存，與EEPROM相比，具有讀寫速度快的優(yōu)勢(shì);與SRAM 相比，具有非易失性等優(yōu)勢(shì)。圖像尤其是彩色圖像數(shù)據(jù)量大，因此需要考慮使用大容量的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。另外，考慮到斷電后數(shù)據(jù)的非易失性，因此選擇NAND Flash作為存儲(chǔ)器件。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元NAND Flash包括圖像庫(kù)及字符庫(kù)，其中字符庫(kù)存儲(chǔ)容量是8Mbyte，圖像庫(kù)存儲(chǔ)容量是56Mbyte。模塊選用NAND FlashK9F1216U0A作為圖像的存儲(chǔ)器件，它的容量大小為64M×8bit，其中每頁(yè)是(512+16)byte，塊大小是(16k+512)byte;隨機(jī)讀取一頁(yè)數(shù)據(jù)的最大時(shí)間是12μs，而向NAND Flash寫入一頁(yè)數(shù)據(jù)的典型時(shí)間是200μs。以分辨率為640×480的RGB 彩色圖像為例，圖像數(shù)據(jù)大小是900byte，因此將此圖像寫入Flash的最大時(shí)間是341μs，然后將此圖像從Flash讀出的最長(zhǎng)時(shí)間是21μs。

　　以分辨率為640×480的RGB格式彩色圖像為例，56Mbyte的圖像存儲(chǔ)容量可以存儲(chǔ)62幅圖像，完全可以滿足大容量存儲(chǔ)的要求。在存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的編程過程中，由于NAND Flash是以頁(yè)為單元進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這就意味著一幅圖像需要占用多個(gè)頁(yè)的存儲(chǔ)空間。需要注意的是，由于NAND Flash器件存在壞塊單元，而且壞塊是隨機(jī)分布的，因此需要對(duì)壞塊進(jìn)行標(biāo)記處理，對(duì)它們標(biāo)記為不可用，這樣就避免了由于壞塊單元引起的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)錯(cuò)誤。

　　2.1.3 JPEG圖像解碼

　　JPEG是一種目前廣泛使用的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它以其顯著的壓縮效率和較低的圖像質(zhì)量損失獲得了廣泛應(yīng)用，成為國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)。

　　JPEG的目的是提供一種使用于各種連續(xù)色調(diào)圖像的壓縮方法，并且能夠易于硬件實(shí)現(xiàn)，具有良好的性價(jià)比。為了滿足各種應(yīng)用需求，它提供了兩種壓縮編碼技術(shù)：基于離散余弦變換(DCT)的有損壓縮編碼和基于DPCM 的無(wú)損編碼，這兩種編碼方式可以采用4種操作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)：順序編碼、累進(jìn)編碼、無(wú)損編碼及層次編碼。其中基于DCT變換的順序編碼方式最常用。

　　以基于離散余弦變換的順序編碼方式來(lái)說明JPEG圖像解碼的過程。圖像解碼是壓縮編碼的反過程，解碼的碼流起始位置標(biāo)志信息，解碼器根據(jù)JPEG壓縮圖像的文件頭信息，得到原始圖像的基本信息。得到原始圖像信息后，解碼器根據(jù)JPEG文件中的霍夫曼表進(jìn)行解碼。由于熵編碼過程中使用霍夫曼編碼分別對(duì)DC及AC系數(shù)進(jìn)行編碼，其中系數(shù)編碼的順序采用zig-zag序列，因此實(shí)現(xiàn)解碼時(shí)需要考慮這些相關(guān)實(shí)現(xiàn)過程，詳細(xì)信息請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]。根據(jù)量化系數(shù)表，經(jīng)霍夫曼解碼后的系數(shù)與相應(yīng)的量化值進(jìn)行乘積，然后進(jìn)行反余弦變換。需要注意的是，JPEG 圖像使用的是YCrCb模型，其中Y 是亮度分量，Cr及Cb是色度分量，需要將系數(shù)的色彩空間從YCrCb轉(zhuǎn)換到RGB空間，最終得到圖像的R、G、B 數(shù)據(jù)值，這些數(shù)據(jù)才可以在液晶顯示屏上顯示。

　　根據(jù)JPEG 文件交換格式提供的資料文獻(xiàn)[6]，YCrCb色彩空間到RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換見公式(1)。

　　考慮到延時(shí)應(yīng)盡量小，程序在NOR Flash存儲(chǔ)器上執(zhí)行效率低。圖像解碼算法中應(yīng)合理安排在ARM9中的內(nèi)存分配。設(shè)計(jì)過程中將頻繁訪問的程序代碼及數(shù)據(jù)搬運(yùn)到ARM9內(nèi)部高速緩沖存儲(chǔ)器中，從而提高編碼的效率。由于順序編碼方式最常用，它通常稱為JPEG 基本系統(tǒng)(BaseLine)。設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)的JPEG 圖像解碼支持順序編碼，完全可以滿足應(yīng)用要求。

　　2.2 TFT-LCD LQ080V3DG01

　　實(shí)驗(yàn)中選用LQ080V3DG01彩色液晶顯示模塊測(cè)試設(shè)計(jì)效果。LQ080V3DG01 由彩色TFT-LCD面板、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、供電電路及背光單元組成。它支持最大分辨率為640×480的圖形和文字顯示，數(shù)據(jù)輸入格式為18bit，其中紅綠藍(lán)各占6bit，提供的顏色共262 144種。

　　TFT-LCD需要+3。3V或+5V供電電壓，背光需要交流電源供電。輸入的控制信號(hào)有4個(gè)：幀同步信號(hào)VSYNC、行同步信號(hào)HSYNC、數(shù)據(jù)使能信號(hào)ENAB及時(shí)鐘信號(hào)CK。數(shù)據(jù)線寬度是18bit，紅綠藍(lán)各占6bit，分別是R [0∶5]、G [0∶5]及B [0∶5]，顏色配置信息如表1所示。

表1 輸入數(shù)據(jù)信號(hào)及顏色顯示配置