圖形控制器重塑信號顯示技術(shù)

　　圖形顯示已不僅僅是21世紀(jì)電子產(chǎn)品的重要部件，可以說它已成為消費(fèi)者的必備之物。相應(yīng)地，這也為圖形控制器提供了巨大的發(fā)展空間。圖形控制器能滿足當(dāng)前顯示器從單色黑白至256000種色彩的絕大部分分辨率要求，也能處理多色彩、高分辨的細(xì)微特征顯示。例如，它能適應(yīng)65000種色彩320×240點(diǎn)(四分之一VGA)顯示器，也能工作在16級灰度800×600點(diǎn)大顯示屏幕。前者是智能電話、PDA和照片打印機(jī)預(yù)視屏的通用結(jié)構(gòu)；后者則用于POS終端機(jī)上。

　　設(shè)計(jì)先進(jìn)的圖形控制器為提高圖形顯示性能提供了低成本、低功耗的解決方案。若工作在LCD模塊，圖形控制器能提高分辨率，增加色彩深度。若和低檔MCU一起使用，圖形控制器支持2D圖形，甚至更新奇，更具吸引力的功能和特征。

　　成本常常是研發(fā)和技術(shù)最關(guān)注的因素，因此，低設(shè)計(jì)成本的巨大潛力有助于圖形控制器成為更通用的元件。自從計(jì)算器、游戲機(jī)和手表中出現(xiàn)第一代LCD以來，顯示技術(shù)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展道路。成本的下降無疑為LCD基技術(shù)的需求和發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。

　　圖形控制器可提供的性能

　　過去，圖形處理純粹是通過軟件完成的，退一步說也是費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。當(dāng)前，系統(tǒng)依靠圖形控制器來完成這些任務(wù)。圖形控制器其在LCD屏幕上顯示功能豐富、色彩齊全的能力，已成為鏈接微處理器和顯示屏幕以及驅(qū)動(dòng)器的紐帶(圖1)。

　　Solomon Systech SSD1906是一款典型的圖形控制器，它在單一芯片中集成了256KB SRAM顯示緩沖器、圖形引擎和定時(shí)電路。存儲(chǔ)映象寄存器存儲(chǔ)命令(圖2)。控制寄存器調(diào)用地址0×00000。顯示存儲(chǔ)器的范圍從0×40000至0×7FFFF，占據(jù)256K顯示緩沖器空間。命令寄存器與幀緩沖器是直接通過18位地址總線和專用M/R#引腳尋址的。

　　顯示緩沖器

　　SSD1906比SSD1905更先進(jìn)，它具有可連續(xù)存儲(chǔ)的256KB幀緩沖器(圖3)，而后者只有80KB嵌入式SRAM顯示緩沖器。精細(xì)分辨、全色彩顯示、因特網(wǎng)瀏覽和多媒體能力已是日常的要求。滿足這些要求的技術(shù)令應(yīng)用千變?nèi)f化，讓設(shè)備帶有更大的顯示屏幕。Solomon Systech的圖形控制器與新技術(shù)、新工藝并駕齊驅(qū)，支持更大的顯示緩沖器，更高分辨率的屏幕，高達(dá)16bPP的色彩深度以及最大262000種色彩。

　　單電源工作

　　該器件設(shè)計(jì)成單電源工作，而不是分離的芯核VDD和IOVDD兩種電源，這有助于硬件電路設(shè)計(jì)，也使元件數(shù)量最少，降低設(shè)計(jì)成本。

　　圖形引擎

　　在內(nèi)置圖形引擎的眾多功能中，首要的功能是實(shí)現(xiàn)硬件基圖形顯示的旋轉(zhuǎn)。它可以讓圖象旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°，也可以反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以滿足不同規(guī)格因子的要求。該功能除了能從各個(gè)方向來觀察LCD外，它每次能將整個(gè)顯示緩沖器重寫一遍，因此硬件基方案比軟件基旋轉(zhuǎn)速度更快，效率更高，性能更優(yōu)越。

　　片上圖形控制器還具有虛擬顯示能力，通過拍攝全景和整屏滾動(dòng)，使屏幕圖象顯示比實(shí)際畫面更大。該功能可讓便攜式設(shè)備用戶自由地顯示圖象的各個(gè)部分。同時(shí)，每次移動(dòng)窗口觀察時(shí)，與軟件實(shí)施方案相比，可降低CPU重寫顯示緩沖器的要求。

　　不僅如此，SSD1906具有浮動(dòng)窗口功能，讓幾個(gè)尺寸可變的窗口重又疊在主幀上，滿足了多任務(wù)圖形應(yīng)用的種種要求。它將分離的存儲(chǔ)區(qū)分配給主窗口和浮動(dòng)窗口，從而避免在重疊的窗口移動(dòng)時(shí)損壞背景圖象。

　　Solomon Systech解決方案還提供2個(gè)4、8、16bPP并存的硬件光標(biāo)，以減少軟件的運(yùn)算量。該功能可讓2個(gè)4色彩閃動(dòng)或靜止光標(biāo)疊加在顯示區(qū)上，如果用戶愿意，光標(biāo)也可以是透明的。

　　雙頁面或多頁面緩沖提高了幀視頻顯示的質(zhì)量。為此，系統(tǒng)將SRAM緩沖存儲(chǔ)器分成若干個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，然后順序地將視頻幀內(nèi)容送入每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。采用這樣的安排后，系統(tǒng)在顯示一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的同時(shí)更新其余存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容。屏幕顯示出平滑地移動(dòng)圖象的效果。32位內(nèi)部數(shù)據(jù)路徑為快速屏幕更新提供高帶寬的顯示存儲(chǔ)器。

　　集成化接口

　　盡量減少應(yīng)用研發(fā)時(shí)間是工程人員主要關(guān)心事項(xiàng)之一。內(nèi)置MCU和LCD接口的LCD圖形控制器減輕了設(shè)計(jì)工作量。SSD1906支持13種單色和彩色有源矩陣與無源矩陣LCD屏幕，其中包括4位或8位、單色或彩色超扭曲列向(STN)屏；9位、12位和18位有源矩陣薄膜晶體管(TFF)屏；直接支持Sharp公司18位160×160點(diǎn)或320×240點(diǎn)高分辨率TFT(HR-TFT)。

　　SSD1906還提供超過11種高檔或低檔CPU的直接接口，涵蓋了Motorola MX1和 XML、Intel Xscale以及Motorola Drag-on Ball VE等PDA與其它手持式終端市場的主流產(chǎn)品。

　　圖形控制器是提供高品質(zhì)顯示器的最佳解決方案，具有最高可能的可靠性、最低可能功耗以及最大靈活性。它甚至突破了象M×1和Xscale一類最高檔CPU的有限圖形功能。

　　動(dòng)態(tài)明暗法

　　按照常規(guī)，圖形控制器使用幀速率控制法(FRC)或靜態(tài)明暗法來產(chǎn)生陰影或灰度級。FRC是控制多個(gè)幀上的開像素和閉像素形成的。靜態(tài)明暗法則是將開像素和閉像素單元調(diào)整為小型的、規(guī)定的像素群，以所需的FRC陰影和灰度級填充每個(gè)開像素形成的。FRC和靜態(tài)明暗法僅適用于單色或彩色無源矩陣STN  LCD屏幕。

　　靜態(tài)明暗法有種種缺點(diǎn)，尤以塊狀圖象和不確定的顯示分辨率最為突出。動(dòng)態(tài)明暗法模式以可變次數(shù)改變同一灰度級圖形，將討厭的塊狀效應(yīng)平均掉。

　　SSD1906實(shí)施動(dòng)態(tài)明暗法，因此在提高圖形質(zhì)量的同時(shí)能保持分辨率。動(dòng)態(tài)明暗法的特點(diǎn)是使顯示圖象更加賞心悅目。

　　功耗

　　功耗是設(shè)計(jì)關(guān)注的頭等大事。降低功耗可以延長電池的壽命，因而使手持式終端更具吸引力。在圖形控制器中，顯示模式電流取決于系統(tǒng)輸入時(shí)鐘源(CLK1)，內(nèi)部LCD屏幕控制用的像素時(shí)鐘(PCLK)以及色彩深度。

　　在測試場合，倘若工程人員增加色彩深度但其它全部條件保持在標(biāo)準(zhǔn)水平，典型的顯示電流將下降。實(shí)際工作場合亦是如此。當(dāng)SSD1906圖形控制器工作在較低的2bPP色彩深度，在下列條件下：IOVDD=3.3V；CLK1=16.6MHz;PCLK=CLK1/8;160×160HRTFT,功耗降至2.5mA。

　　為了進(jìn)一步降低功耗，可讓CPU處于休眠模式。然而在此場合，系統(tǒng)應(yīng)不斷地向LCD控制器提供時(shí)鐘信號，保持正常的顯示。

　　外部設(shè)計(jì)與內(nèi)置設(shè)計(jì)的對比

　　與使用內(nèi)置圖形控制器高檔MCU或RISC控制器的LCD相比，帶外部圖形控制器的液晶圖形顯示器的優(yōu)點(diǎn)是十分突出的。研究統(tǒng)計(jì)表明，外部圖形控制器結(jié)合低檔或中檔MCU或RISC能大大降低成本，一般能節(jié)省5~18美元，從而直接降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用。

　　其次，外部圖形控制器通過共享工作負(fù)載提高微控制器的性能。內(nèi)置圖形控制器的微控制器通常使用DMA顯示方案。然而，這需要先進(jìn)的處理能力和擴(kuò)展的等待周期，降低了圖象的刷新率，使性能惡化。

　　一種更有效的方案是讓外部圖形控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)帶寬圖象刷新任務(wù)，讓微控制器自由地應(yīng)付其它的功能。

　　此外，外部圖形控制器備有嵌入式SRAM顯示緩存，能讓微控制器處于暫停模式，減少總線的操作，最終節(jié)省功耗。它也能提供最大的設(shè)計(jì)靈活性，更容易生產(chǎn)按比例縮小，低功耗的新型器件。如果愿意，還能增加其它的硬件圖形引擎功能來支持更多的，可重組的顯示方式和刷新率。

　　結(jié)語

　　移動(dòng)多媒體產(chǎn)品和系統(tǒng)已成為當(dāng)前電子領(lǐng)域的熱門話題。工程人員正在顯示系統(tǒng)中集成更多的視頻和音頻組件，不斷提升多媒體系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)先進(jìn)的圖形控制器必將成為廉價(jià)，低功耗圖形顯示器的關(guān)鍵部件，為多媒體設(shè)備提供色彩更豐富的信息。■(東華)