基于nios ii的lcd控制器ip核設(shè)計

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1、1概述1.1課題概述本文所要進(jìn)行描述的設(shè)計是運(yùn)用VHDL語言和VerilogHDL語言，通過分析LCD控制器的硬件結(jié)構(gòu)和控制時序，使用SoPC技術(shù)，把NiosCPU和LCD控制器放在同一個FPGA中。并通過對相應(yīng)變量的參數(shù)化，實(shí)現(xiàn)有一定通用性的LCDIP核設(shè)計。目的是解決在利用QuartusⅡ進(jìn)行Nios系統(tǒng)開發(fā)時，由于內(nèi)部沒有可用LCD的IP，影響產(chǎn)品開發(fā)的問題。1.2LCD控制器軟核設(shè)計所要設(shè)計的LCD控制器是要求符合Avalon總線規(guī)范的。FPGA中集合了NiosⅡCPU、DMA和LCD控制器模塊，以及三態(tài)橋（連接Flash）、SDRAM控制器。LCD控制器的位置如圖（1-1

2、）所示，一端連接Avalon總線，一端連接LCD接口（LCD屏幕標(biāo)準(zhǔn)接口）。LCD控制器負(fù)責(zé)從SDRAM中提取顯示數(shù)據(jù)，經(jīng)處理符合LCD時序規(guī)范，送至LCD接口，實(shí)現(xiàn)顯示圖像。圖1－1系統(tǒng)總貌圖Fig.1-1SystemSummarization2相關(guān)技術(shù)介紹本小節(jié)主要介紹本論文中所涉及的關(guān)鍵理論和技術(shù)，包括LCD顯示技術(shù)，SOPC技術(shù)，SOPC技術(shù)特點(diǎn)，NiosII處理器，Avalon總線，DMA技術(shù)。2.1LCD顯示技術(shù)在1970年，F(xiàn)erguson制造了第一臺具有實(shí)用性的LCD。LCD使用液晶屏幕顯示圖象，液晶屏幕以電壓供應(yīng)的改變而改變光線的折射來產(chǎn)生色彩的變化LCD顯示屏一

3、般都應(yīng)用在便攜電腦或多媒體放映機(jī)上。大部分桌面電腦的純平LCD顯示器就是采用了LCD技術(shù)。利用液晶制成的顯示器稱為液晶顯示器，英文稱LCD（LiquidCrystalDisplay）。其種類可分為依驅(qū)動方式之靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（SimpleMatrix）以及主動矩陣驅(qū)動（ActiveMatrix）三種。而其中，單純矩陣型又俗稱的被動式（Passive），可分為扭轉(zhuǎn)向列型（TwistedNematic，簡稱TN）和超扭轉(zhuǎn)式向列型（SuperTwistedNematic，簡稱STN）兩種；而主動矩陣型則以薄膜式晶體管型（ThinFilmTransistor；TFT）

4、為目前主流。LCD因具有工作電壓低、功耗小、顯示信息量大、壽命長、易集成、方便攜帶和電磁輻射污染小等優(yōu)點(diǎn)，在顯示技術(shù)中異軍突起,被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、PDA產(chǎn)品、手持式儀器儀表等便攜式電子產(chǎn)品與設(shè)備中。LCD驅(qū)動電路是液晶顯示系統(tǒng)的重要組成部分，是一種計算機(jī)(或MCU)和液晶屏之間的接口電路，其主要功能是通過調(diào)制輸出到液晶顯示器件電極上的電位信號的相位、峰值、頻率等參數(shù)來建立交流驅(qū)動電場。由于LCD的規(guī)格相差較大，常規(guī)的方法是針對每一種LCD開發(fā)專門的驅(qū)動電路，這樣的設(shè)計浪費(fèi)時間，而且復(fù)用性較差。為此，設(shè)計一種可用于多數(shù)小規(guī)模LCD驅(qū)動電路的IP核，通過復(fù)用該IP核來解決這個問題是非常

5、必要的。目前，國際上只有I-Shou大學(xué)的Yu-JungHuang等人設(shè)計了可驅(qū)動不同規(guī)模LCD的驅(qū)動電路IP核，通過在系統(tǒng)中植入嵌入式微處理器來實(shí)現(xiàn)這一功能。但是，這種嵌入式微處理器使系統(tǒng)更復(fù)雜，而且成本更高。本文設(shè)計的可驅(qū)動不同規(guī)模LCD的驅(qū)動電路IP核是采用FPGA來實(shí)現(xiàn)的，能有效克服電路系統(tǒng)復(fù)雜和高成本這兩個缺點(diǎn)。2.2SOPC技術(shù)SoPC（SystemOnaProgramChip，片上可編程系統(tǒng)）是以PLD（ProgrammableLogicDevice，可編程邏輯器件）取代ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits，專用集成電路

6、），更加靈活、高效的SoC（SystemOnChip）解決方案。它最早是由美國Altera公司于2000年提出的，并同時推出了相應(yīng)的開發(fā)軟件QuartusⅡ。SoPC是基于FPGA（FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列）解決方案的SoC，與ASIC的SoC解決方案相比，SoPC系統(tǒng)及其開發(fā)技術(shù)具有靈活的設(shè)計方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能，具有更多的特色，構(gòu)成SoPC的方案也有如下多種途徑。2.2.1基于FPGA嵌入IP硬核的SoPC系統(tǒng)即在FPGA中預(yù)先植入嵌入式系統(tǒng)處理器。目前最為常用嵌入式系統(tǒng)大多采用了含有ARM的

7、32位知識產(chǎn)權(quán)處理核的器件。但通常這種系統(tǒng)還須配置許多接口器件才能構(gòu)成一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，如除配置常規(guī)的SRAM、DRAM、Flash外，還須配置網(wǎng)絡(luò)通信接口、USB接口、VGA接口、PS/2接口或其他專用接口等。這樣會增加整個系統(tǒng)的體積、功耗，而降低系統(tǒng)的可靠性。但是如果將ARM或其他知識產(chǎn)權(quán)核，以硬核方式植入FPGA中，利用FPGA中的可編程邏輯資源和IP軟核，直接利用FPGA中的邏輯宏單元來構(gòu)成該嵌入式系統(tǒng)處理器的接口功能模塊，就能很好的解決這些問題。這樣就能使