摘 要： 為了解決ARM等嵌入式處理器驅(qū)動大屏幕LCD困難的問題，提出了一種基于FPGA的大屏幕LCD控制器解決方案。該控制器通過搭建合理的架構(gòu)設(shè)計及巧妙的總線仲裁機制，解決了大屏幕顯示所需的高刷新率和高更新率問題。同時，多個內(nèi)部寄存器使其支持各種型號的LCD顯示器，并成功地驅(qū)動了15英寸的LCD顯示器。
關(guān)鍵詞： 大屏幕LCD； FPGA； LCD控制器

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，大屏幕LCD顯示器越來越多地成為各種電子設(shè)備的顯示終端。但是現(xiàn)有的大部分嵌入式處理器，因為其自身的總線速率限制了驅(qū)動大屏幕LCD的能力。例如自帶LCD控制器的ARM嵌入式處理器(三星的2440)，其系統(tǒng)總線的時鐘頻率最高只能達到133 MHz[1]，除了要傳輸顯示LCD屏的數(shù)據(jù)外，系統(tǒng)總線還要提供其他設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐，所以它的數(shù)據(jù)傳輸量只能滿足小屏幕的顯示，無法滿足高分辨率屏幕的數(shù)據(jù)顯示。
市場上有很多專用的LCD控制芯片，但是其價格較高、配置不靈活。因此，本文基于能夠高速運行的FPGA[2]為處理核心，以SDRAM作為顯示緩存，設(shè)計LCD控制器，既能夠?qū)RM的系統(tǒng)總線上的顯示數(shù)據(jù)取出，并驅(qū)動大屏幕顯示數(shù)據(jù)，又能夠解決專用芯片的弊端。成功地解決了嵌入式處理器在驅(qū)動大屏幕LCD時的資源緊張問題，并可提供清晰穩(wěn)定的圖像顯示。

1 架構(gòu)選擇及硬件實現(xiàn)
1.1 架構(gòu)分析選擇
　根據(jù)嵌入式處理器的工作原理，有三種架構(gòu)形式可以實現(xiàn)LCD控制器的設(shè)計[3],如圖1所示。架構(gòu)2和架構(gòu)3采用了與CPU共用顯示存儲器的方式，在顯示過程中，CPU和LCD控制器需要間斷地釋放對共用存儲器的訪問，以完成刷新數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)在存儲器中的交互。這兩種架構(gòu)中，CUP對存儲器的訪問會直接影響到顯示數(shù)據(jù)的更新及LCD顯示器的顯示效果。盡管架構(gòu)2增加了本地存儲器，提高了系統(tǒng)性能，但是同樣受到架構(gòu)模式的制約。而架構(gòu)1避免了共用顯示存儲器的模式，將LCD控制器作為總線上的一個外設(shè),CPU將需要更新顯示的數(shù)據(jù)通過存儲器接口發(fā)送給總線上的LCD控制器，LCD控制器控制LCD顯示。本文系統(tǒng)即采用了架構(gòu)1形式的架構(gòu)。
1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　基于架構(gòu)1設(shè)計了圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)以FPGA對更新數(shù)據(jù)和刷新數(shù)據(jù)的仲裁處理為核心，配合SDRAM的操作及顯示數(shù)據(jù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換（LVDS轉(zhuǎn)換）完成其大屏幕顯示器驅(qū)動的任務(wù)，實現(xiàn)顯示功能。
　XC6SLX45是XILINX公司新推出的一款FPGA，屬于SPARTAN6系列，具有很高的性價比優(yōu)勢。利用FPGA配置靈活的特點，在硬件方面FPGA主要實現(xiàn)四個接口：CPU接口、SDRAM接口、FPGA配置接口和LCD接口。其中,SDRAM接口[4]和LCD接口都是常用的標(biāo)準(zhǔn)接口，這里不再贅述。FPGA的配置接口用于對FPGA的被動串行配置，采用FPGA的這種配置方式可以很好地提高該控制器的可移植性，又可以節(jié)省FPGA的配置芯片的成本。LCD控制器通過CPU接口連接到AMBA總線上[5]，并以存儲器的方式被嵌入式處理器訪問。