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基于SA1110的掌上電腦LCD的設計與實現
摘要：對基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的控制器、接口、顯示原理、驅動方法進行了介紹。結合正在從事的HPC項目，提出了基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的設計方案。隨著以網絡為代表的新經濟時代的到來，PC已失去昔日光采，智能3C產品（Computer、Communication and Consumer）將掀起新的一波巨浪。掌上電腦作為智能3C產品的代表之一，以其傳輸迅速、應用方便、功能多樣等特點，正成為市場的主流產品，深受消費者的青睞。
目前，掌上電腦CPU中比較流行的有MIPS系列、SuperH系列、DragonBall系列以及ARM系列。在操作系統領域，除了部分采用Linux和自行開發的操作系統外，大部分產品采用Palm OS、Windows CE和EPOC操作系統。
為了在掌上電腦這一嵌入式系統的主要應用領域中占有一度之地，清華大學自動系和深圳翔龍公司決定開發具有民族自主知識產權的掌上電腦。這就需要選好和開發出自己的硬件平臺；同時還要開發自己的嵌入式Linux操作系統；在硬件平臺和操作系統之上，再開發各種具體的應用程序，以滿足特定用戶的需求。本文介紹的液晶顯示器的設計是整個系統設計的重要組成部分。
1 硬件電路組成
基于SA1110微處理器的掌上電腦液晶顯示器的硬件電路如圖1所示。主要由三部分組成：LCD控制器、專用集成電路芯片CPLD和液晶顯示屏LCD。
2 SA1110的LCD控制器
SA1110的芯片內部集成了LCD控制器，該控制器有三種顯示類型：
·無源彩色模式：支持3375種彩色，每幀允許顯示256種彩色；
·有源彩色模式：支持高達65536種彩色（16位）；
·無源黑白模式：支持15級灰度。
LCD控制器支持高達1024×1024象素的顯屏。然而在幀存儲器中，由于存儲器的總線寬度、象素編碼數據的大小限制了LCD能驅動的顯示屏幕的大小。LCD控制器也支持單屏和雙屏顯示。象素編碼數據存儲在外部存儲器中，LCD的雙通道DMA控制器可根據具體情況把數據裝入一個5單元（32位長）的隊列緩沖器中。DMA控制器的一個通道用于單屏顯示，另一個用于雙屏顯示。
在幀存儲器中，存儲著象素編碼數據。LCD控制器將其用作指針去索引一個256單元12位寬的調色板。黑白調色板4位寬，彩色調色板12位寬。來自幀存儲器的象素編碼數據（4位）尋址黑白調色板的頂部16單元；8位象素編碼數據可訪問調色板中的256單元的任意一個。在無源彩色12位象素模式下，彩色象素數據旁路掉彩色調色板并且直接送到LCD的抖動邏輯電路。在有源彩色16位象素模式下，彩象素數據不僅旁路掉彩色調色板，而且旁路掉LCD的抖動邏輯電路，并直接送到LCD的數據管腳。一旦4位或8位的象素編碼數據選定了一個調色板單元，在這個單元中被編碼的值就被傳送到抖動邏輯電路。抖動邏輯電路使用一種空基和時基算法產生輸出到屏幕的象素數據。抖動邏輯促使每一個象素以不同的速率在每一幀上關斷，從而給黑白屏產生15級灰度，為彩色屏幕的紅、綠、藍三基色中的每一種都產生15級色度，總計為3375種彩色（每幀可獲得256種彩色）。來自抖動邏輯電路的輸出數據在被輸出到LCD引腳和象素時鐘驅動顯示器之前，被放置在一個9單元的引腳數據隊列緩沖區內。
根據所使用的顯示屏類型，可將LCD控制器編程為4位、8位或16位的象素數據引腳。單屏黑白顯示器在每個象素時鐘周期內既可以采用4位也可以采用8位的數據引腳去輸出4位或8位的象素。單屏彩色顯示器可以采用8位的數據引腳在每個象素時鐘周期內去輸出2～2/3位的象素（8引腳/3種色彩/每個象素）。LCD控制器也支持雙屏顯示。雙屏顯示促使LCD控制器數據行被分成兩組，一組驅動上半屏，另一組驅動下半屏。
在此方案中，選擇了無源彩色模式。在此模式下，SA1110 LCD控制器的控制過程如圖2所示。
CPLD PZ3128是Philips公司的專用集成芯片。由于手持設備的液晶顯示屏種類繁多，各廠家的標準不一致使SA1110的LCD控制器與SHARP公司的3.9寸TFT有源型彩色液晶顯示器在數據格式及顯示時序上無法匹配。因此，對CPLD PZ3128編程，可為不同數據格式的數據接口進行映射，為不同類型的LCD屏配置專用的ASIC芯片。
SA1110 LCD控制器由以下引腳組成：
·LDD[0～7]：7位數據線，用于4位和8位顯示模式，同時也是16位TFT方式的低8位；
·GPIO[2～9]：當采用的液晶模塊是16位TFT方式時，構成數據線的高8位；
·L_PCLK：點時鐘（Pixel clock），用于把每一點的數據送入移位寄存器；
·L_LCLK：行時鐘（Line clock），用于指示一行數據由移位寄存器到顯示驅動芯片傳輸完畢，并使得行指針加1。在16位TFT方式下，就是水平同步信號；
·L_FCLK：幀時鐘（Frame clock），用于指示一幀圖像的開始，同時把行指針置于顯示屏的第一行。在16位TFT方式下，就是垂直同步信號；
·L_BIAS:在16位TFT方式下，輸出允許信號，用于指示數據信號在時鐘信號的同步下，鎖存到引腳。
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