SOPC中NiosII的LCD顯示驅(qū)動(dòng)IP設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)SOPC Builder系統(tǒng)沒有提供128064液晶模塊驅(qū)動(dòng)的問題，以CBGl28064液晶模塊為例，采用有限狀態(tài)機(jī)，用Verilog HDL語言設(shè)計(jì)了顯示驅(qū)動(dòng)IP核，并構(gòu)建了基于NiosII嵌入式處理器的片上系統(tǒng)。通過把顯示驅(qū)動(dòng)IP核下載到Cyclone系列FPGA上，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性。
關(guān)鍵詞：NiosII嵌入式處理器；顯示驅(qū)動(dòng)；IP核

引言
NioslI嵌入式處理器是A1tera公司提出的SOPC解決方案，是一種用戶可隨意配置和構(gòu)建的32位嵌入式處理器，結(jié)合豐富的外設(shè)可快速、靈活地構(gòu)建功能強(qiáng)大的SOPC系統(tǒng)。Altera公司提供了一些通用的IP核，使得用戶可輕松集成屬于自己的專用功能；但對(duì)于一些特定的外設(shè)，沒有現(xiàn)成可用的IP核，如液晶模塊CBGl28064等。
用戶可通過自定義邏輯的方法在SOPC設(shè)計(jì)中添加自定義IP核。在實(shí)際應(yīng)用中，LCD液晶顯示器憑借功耗低、體積小、輕薄及控制驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。本文以深圳秋田視佳實(shí)業(yè)有限公司的液晶顯示模塊CBGl28064為例，在基于NioslI的SOPC系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了LCD顯示驅(qū)動(dòng)IP核，并下載到Cyclone系列的FPGA中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)LCD的顯示驅(qū)動(dòng)。

1 CBGl28064液晶顯示模塊
CBG128064是一款以2片HD61202作為列驅(qū)動(dòng)器，1片HD61203作為行驅(qū)動(dòng)器的液晶模塊。HD61202是一種帶有驅(qū)動(dòng)輸出的圖形液晶顯示控制器，可直接與8位微處理器相連；而HD61203只需提供電源，就能產(chǎn)生行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和各種同步信號(hào)。CBGl28064液晶顯示模塊內(nèi)置顯示存儲(chǔ)器RAM，顯示屏上各像素點(diǎn)的顯示狀態(tài)與顯示存儲(chǔ)器RAM中的各位數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。顯示存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。外部處理器只需要通過其8位數(shù)據(jù)線和6條控制線來設(shè)置所需要的顯示方式，其他功能均由模塊自動(dòng)完成。HD61202提供7條簡(jiǎn)單的指令：顯示開／關(guān)指令、顯示起始行(ROW)設(shè)置指令、頁(RAGE)設(shè)置指令、列地址(Y Address)設(shè)置指令、讀狀態(tài)指令、寫數(shù)據(jù)指令、讀數(shù)據(jù)指令。

2 方案選擇
通常有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)NiosII嵌入式處理器對(duì)LCD的顯示驅(qū)動(dòng)：
一種是利用現(xiàn)成的并行輸入／輸出(PIO)內(nèi)核。該內(nèi)核提供了Avalon總線從控制器端口到通用I／O口間的存儲(chǔ)器映射接口，將LCD模塊的接口與NiosII嵌入式處理器的并行端口相連接，NiosII嵌入式處理器通過對(duì)其端口的操作來完成對(duì)LCD模塊的控制。這種方式類似于單片機(jī)操作，時(shí)序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；但是在SOPC系統(tǒng)中硬件上需要設(shè)計(jì)與外設(shè)相連的I／O口，軟件上需要編寫接口程序進(jìn)行讀寫控制，增加了處理器的時(shí)間開銷，F(xiàn)PGA的并行處理能力沒有得到發(fā)揮。
另一種是采用自定義IP核方式。把LCD模塊看成是外部存儲(chǔ)器或I／O設(shè)備，作為從設(shè)備掛接到NiosII嵌入式處理器的Avalon總線上，處理器以訪問I／O設(shè)備或讀寫存儲(chǔ)器的方式對(duì)其進(jìn)行控制。這種方法需要寫HDL模塊，自己定義控制、狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器和控制位，可較為靈活地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序控制。一旦完成了設(shè)計(jì)，即可封裝為SOPC BLdldel可用的獨(dú)立元件，用戶可以像使用Altera公司提供的其他外設(shè)一樣來使用，并且可以提供給其他設(shè)計(jì)者使用。本文選用該方式實(shí)現(xiàn)。

3 LCD顯示驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
圖l為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。按照模塊化、層次化的設(shè)計(jì)思想，顯示驅(qū)動(dòng)可分為3部分實(shí)現(xiàn)，即任務(wù)邏輯部分、寄存器組部分和Avalon總線接口部分。任務(wù)邏輯部分描述液晶模塊的讀寫邏輯功能；寄存器文件部分提供了內(nèi)部寄存器訪問的通道；Avalon總線接口部分通過頂層接口模塊對(duì)寄存器進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)行為模塊的訪問和控制。其中，DATA[7．．0]為8位數(shù)據(jù)線，CSl、CS2為片選信號(hào)，RS為指令／數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，R／W為讀寫選擇信號(hào)，RST為復(fù)位信號(hào)，E為讀寫使能信號(hào)。

3．1 任務(wù)邏輯
任務(wù)邏輯是整個(gè)驅(qū)動(dòng)的核心部分。要實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD的顯示控制，就要按照CBG128064驅(qū)動(dòng)控制器的規(guī)范及時(shí)序要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在時(shí)序邏輯電路中，數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的配合比較復(fù)雜，但又十分重要，使用有限狀態(tài)機(jī)可以較為容易地設(shè)計(jì)出復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)。
本文采用有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)顯示驅(qū)動(dòng)的核心邏輯。根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制器的讀寫命令及讀寫時(shí)序要求，本文設(shè)計(jì)了3個(gè)狀態(tài)機(jī)，分別為讀寫控制狀態(tài)機(jī)、讀寫狀態(tài)機(jī)和讀寫時(shí)序狀態(tài)機(jī)。
如圖2所示，讀寫控制狀態(tài)機(jī)用于當(dāng)發(fā)生讀寫請(qǐng)求時(shí)進(jìn)行忙狀態(tài)檢測(cè)及讀寫操作控制，并在每個(gè)狀態(tài)給出時(shí)序狀態(tài)機(jī)讀寫信號(hào)。