基于SOPC適用于不同規(guī)格LCOS的控制器設(shè)計(jì)

摘　要：通過在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件中構(gòu)建軟核處理器（NIOSⅡ）來代替專用集成電路，并在NIOSⅡ中嵌入Ｃ程序，根據(jù)給定的規(guī)模，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了在不同規(guī)模下的各種設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算。實(shí)現(xiàn)了只需要輸入系統(tǒng)參數(shù)，就能適用于不同規(guī)模LCOS控制器的設(shè)計(jì)，并且結(jié)合USB芯片和特定的程序流程，提高了LCOS控制器的適用性和可靠性，降低了器件的成本。

１　引　　言

校正器作為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的核心部件，在很大程度上決定著自適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的方向。目前在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)使用較多的是變形鏡校正器。

隨著自適應(yīng)技術(shù)在眼底觀測(cè)方向的使用，傳統(tǒng)變形鏡校正器顯露出其固有的缺點(diǎn)，由于受校正單元少的限制，變形鏡校正器很難對(duì)存在高階像差的眼底成像。因此，校正單元多的液晶校正器開始在眼底觀測(cè)領(lǐng)域廣泛使用。與玻璃基板液晶顯示器相比，采用硅基板的液晶顯示器（LCOS）由于具有尺寸小、分辨率高、光效利用率高等優(yōu)點(diǎn)，成為目前的最佳選擇。作為L(zhǎng)COS驅(qū)動(dòng)電路的核心———為液晶模塊（LCM）提供顯示數(shù)據(jù)和時(shí)序信號(hào)的LCOS控制器通常都是由專用集成電路（ASIC）組成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要各種分辨率的LCOS，由于每一種LCOS都需要專門的顯示控制器，因此LCOS的設(shè)計(jì)和使用都比較繁瑣。

本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）器件來代替ASIC，利用可編程片上系統(tǒng)（SOPC）實(shí)現(xiàn)通用LCOS顯示控制器的設(shè)計(jì)。在使用中只需通過對(duì)軟件參數(shù)進(jìn)行修改，即可完成對(duì)不同分辨率 LCOS的控制。由于液晶自適應(yīng)系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，所以為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用USB２．０協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本文使用了NXP公司的PDIUSBD12的USB芯片、ALTERA公司的ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８器件，采用Ｃ＋＋語言設(shè)計(jì)了USB驅(qū)動(dòng)程序和固件程序，利用ＶＨＤＬ硬件描述語言設(shè)計(jì)了通用LCOS控制器并在實(shí)際應(yīng)用中通過測(cè)試，基本上實(shí)現(xiàn)了通用LCOS控制器的預(yù)期目標(biāo)。

２　系統(tǒng)原理

LCOS的顯示采用逐行掃描方式，即當(dāng)一行被選通以后，這一行中的各列信號(hào)同時(shí)加到列上，并維持一個(gè)掃描行的時(shí)間，當(dāng)這一時(shí)間結(jié)束后選通下一行，各列電極施加下一行的顯示電壓。

目前普通的液晶控制器都是由存儲(chǔ)器和控制器組成，由一塊MCU 接收上位機(jī)發(fā)送過來的顯示數(shù)據(jù)，并由該MCU分配存儲(chǔ)地址，生成時(shí)序信號(hào)，把數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，而后由液晶顯示模塊讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器的存取速度較慢，在讀寫大批量數(shù)據(jù)時(shí)很費(fèi)時(shí)，很難匹配LCOS的響應(yīng)速度，并且當(dāng)更換不同分辨率的LCOS顯示模塊后還需要有新的控制器，存在成本太高且過程煩瑣的缺點(diǎn)。

有鑒于此，本文提出了基于SOPC 設(shè)計(jì)LCOS控制器的思路，即在FPGA 內(nèi)構(gòu)建一個(gè)NIOSⅡ軟核處理器和SRAM 存儲(chǔ)器，把SRAM映射到LCOS顯示模塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，將NIOSⅡ與PDIUSBD12以DMA 的方式連接，將NIOSⅡ與上位機(jī)以串口的方式連接，通過設(shè)置LCOS參數(shù)和存儲(chǔ)器規(guī)模參數(shù)在內(nèi)的各種參數(shù)，適應(yīng)不同分辨率的LCOS；通過DMA方式節(jié)省傳輸時(shí)間；通過把SRAM 映射到顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)節(jié)省存儲(chǔ)器的存取時(shí)間。如圖１所示。

LCOS系統(tǒng)原理圖

圖１　LCOS系統(tǒng)原理圖。