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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(fā)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(fā)具有民族自主知識產權的掌上電腦。這就需要選好和開發(fā)出自己的硬件平臺；同時還要開發(fā)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(fā)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(qū)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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