多媒體協(xié)處理器SM501在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

近年來(lái)，從手持消費(fèi)電子到工業(yè)控制系統(tǒng)，嵌入式處理器的應(yīng)用已經(jīng)深入到人們工作和生活的方方面面，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，系統(tǒng)需要提供如1280×1024這類(lèi)高分辨率的顯示界面，而多數(shù)嵌入式處理器不能支持，或者在高分辨率下提供的顯示效果不好。

通常，一個(gè)帶有l(wèi)cd顯示器的arm系統(tǒng)如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，arm處理器將lcd顯示器的數(shù)據(jù)存放于sdram中的lcd幀緩沖區(qū)中，由處理器中的lcd控制器提取lcd幀緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)并輸送給lcd顯示器。一個(gè)lcd控制器的時(shí)鐘信號(hào)有3種：framesync（場(chǎng)同步）、linesync（行同步）和lcd_dclk（數(shù)據(jù)時(shí)鐘）。在lcd_dclk的作用下，lcd控制器將lcd數(shù)據(jù)信號(hào)并行輸出到lcd顯示器。顯然，一個(gè)lcd_dclk時(shí)鐘只能輸送一個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)，tft lcd的刷新頻率一般在60赫茲，因此，一個(gè)具有m×n像素點(diǎn)的lcd顯示器，在1s的時(shí)間中，要求lcd控制器傳送像素點(diǎn)總數(shù)為（m×n×60），即lcd控制器的lcd_dclk的頻率必須大于（m×n×60）赫茲，以便保證lcd顯示器的正常顯示。因此，嵌入式處理器芯片lcd控制器支持的最大分辨率與lcd_dclk時(shí)鐘頻率有關(guān)；然而lcd_dclk是從處理器系統(tǒng)的ahb總線(xiàn)時(shí)鐘hclk通過(guò)分頻計(jì)算得出的，所以，lcd控制器支持的最大分辨率與系統(tǒng)hclk有關(guān)，為確保嵌入式處理器系統(tǒng)處在良好的工作狀態(tài)，一般不使用最大分辨率進(jìn)行顯示，以samsung公司的s3c2410為例，在tft lcd模式下，典型的實(shí)際支持的最大分辨率為640×480。另外，受到arm處理器lcd幀緩沖區(qū)大小的影響，在達(dá)到最大分辨率時(shí)，lcd數(shù)據(jù)的位寬度降低，這使得顯示效果變差。

如何才能使嵌入式處理器應(yīng)用在高分辨率的場(chǎng)合呢？sm501圖形加速芯片的出現(xiàn)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

1 sm501圖形加速芯片簡(jiǎn)介

sm501是一款便攜式多媒體協(xié)處理器芯片，專(zhuān)門(mén)為嵌入式工業(yè)提供補(bǔ)充功能，具有視頻和2d能力，為了降低系統(tǒng)的成本，它支持多種輸入/輸出接口，包括模擬rgb、數(shù)字lcd屏接口，8位并行接口、usb、uart、irda、zoom video、ac97或i2s、ssp、pwm和i2c，同時(shí)它還帶有g(shù)pio，便于與外部器件連接。sm501的2d引擎包括一個(gè)前端色彩空間轉(zhuǎn)換器，支持4：1和1：8的比例，視頻引擎支持在每個(gè)像素點(diǎn)8位，16位或32位數(shù)據(jù)寬度時(shí)2個(gè)不同的視頻輸出（雙顯示屏），為每個(gè)視頻輸出提供三色硬件指針，lcd視頻流水線(xiàn)支持一個(gè)黑點(diǎn)yuv色彩空間轉(zhuǎn)換，比例為4：1和1：212，放大視頻（zoom video）接口包括mpeg解碼或tv輸入的外部電路接口。

sm501的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 sm501的2d圖形引擎

通過(guò)將優(yōu)化的128位的2d圖形引擎和一個(gè)與本地幀存儲(chǔ)器連接的高帶寬鏈接相結(jié)合，sm501提供面向工業(yè)的2d圖形加速功能，2d圖形引擎也包含一個(gè)命令翻譯器（一個(gè)增強(qiáng)型的dma引擎），對(duì)于工作在150m赫茲的32位數(shù)據(jù)寬度的sdram，sm501的dma引擎讀取2d操作數(shù)的帶寬可達(dá)600mb/s，這么高的存儲(chǔ)器帶寬使得2d引擎在無(wú)須等待和流水線(xiàn)停止工作的情況下高速運(yùn)行，當(dāng)它在讀取和翻譯命令時(shí)，命令翻譯器也可以有條件的轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)器空間的另一個(gè)地址上，等待由其他模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的狀態(tài)信息，2d圖形引擎同時(shí)還包含一個(gè)色彩空間轉(zhuǎn)換單元，該單元允許從許多的yuv模式直接翻譯到rgb模式，2d圖形引擎還帶有一個(gè)雙線(xiàn)性標(biāo)量器，它可以支持4：1的壓縮和1：216的拉伸，sm501支持存儲(chǔ)器工作在uma和本地32位模式下。

3 sm501的lcd接口

sm501的lcd邏輯模塊可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)18位或24位的tft lcd顯示屏；同時(shí)也支持12位的cstn屏，通過(guò)一個(gè)顫抖引擎（dithering engine）可以得到有效的18位顯示效果。支持的最大屏的大小為1280×1024。通過(guò)硬件和軟件可控制lcd顯示屏上電順序，sm501與一個(gè)24位tft lcd顯示屏的接口電路如圖3所示。

由圖3可知，該接口電路的設(shè)計(jì)與一個(gè)嵌入式處理器和tft lcd的接口電路的設(shè)計(jì)是相同的，因此，設(shè)計(jì)起來(lái)很方便。

4 具有sm501的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一個(gè)具有sm501的嵌入式系統(tǒng)如圖4所示，系統(tǒng)中arm處理器將lcd的數(shù)據(jù)放入sdram的幀緩沖區(qū)中，然后將顯示工作交給sm501處理。通過(guò)2d圖形引擎，sm501從sdram的幀緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)輸送到lcd顯示器，這樣一來(lái)，lcd的數(shù)據(jù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)arm處理器的lcd控制器。因此，lcd數(shù)據(jù)的傳輸不受arm處理器的hclk時(shí)鐘的影響，達(dá)到了支持高分辨率的設(shè)計(jì)要求。
綜上所述，sm501為arm處理器支持高分辨率顯示提供了良好的解決方案。同時(shí)它還帶有模擬rgb等豐富的在片資源，為arm系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展，提供了方便。