用FPGA实现DSP与液晶显示器的快速接口

　　随着器件集成工艺的发展和Soc器件的出现，现在的数字系统正在越来越多地采用可编程器件设计。这样，不仅开发周期短，而且在价格和使用难易度上也显示了很大的优势。更为重要的是，还能利用器件的现场可编程特性，根据应用的要求对器件进行动态配置，简便易行地完成功能的添加或变化。

　　在高速的数字信号处理系统中，要涉及到大量的计算，为了提高运算速度，正大量使用DSP器件。目前的可编程器件，其时钟频率可以很高，在高速数字信号处理系统中将发挥越来越大的作用。因此，DSP+FPGA的方案正越来越多地被电子工程师们采用。

　　在很多的实际数字系统中，往往需要良好的用户界面，其中LCD是被大量采用的显示器件。由于LCD是典型的慢速设备（相对于DSP来讲），在与高速微处理器接口时，会耗费大量时间，这在高速系统设计中是不允许的。如果DSP有不太富裕的处理余量，如何利用它对LCD完成控制呢？仅仅在两者之间加入锁存器之类的简单接口电路，往往不能对LCD完成控制。不过，有了FPGA，就可以在不增加成本的情况下，在DSP和LCD之间设计一条双向的快速通道。

　　1 DSP和LCD的时序

　　TI公司是DSP在全球的主要供应商，其低价位的TMS320VC54x系列DSP深受广大电子工程师的青睐。下面以TMS320VC5416为例介绍DSP的时序。TMS320VC5416将寻址范围分为存储器空间、程序空间和I/O空间。其中，对I/O空间的操作由地址线、数据线和三根信号线IOSTRB、R/W和IS来完成，其时序图如图1所示。

　　读操作和写操作由R/W信号线上的高低电平决定。如果不采用外部插入等待周期的方法，仅靠内部的等待周期设置寄存器，访问外部I/O空间时最多可以插入14个等待周期。如果DSP运行在100MHz的主频上（实际上TMS320VC16可以运行在最高160MHz的主频上），也只有0.14μs。这对于LCD来说来远远不够的。

　　常见的192×64点阵的LCD（FM19264）实际上是由3块独立的64×64点阵LCD构成的，共享地址线和数据线，可由CS1、CS2和CS3分别选中。每小块LCD都有各自独立的指令寄存器和数据寄存器，由控制线D/I上的高低电平选择。数据的锁存或出现在数据线上由E信号决定。LCD主要控制管脚的功能如表1所示。对LCD写操作的时序图如图2所示。LCD的每次读写操作最少要1μs。如果能使DSP对LCD的访问象对高速设备访问一样，就能够最大限度地减小DSP资源的浪费，并且能够减少系统的复杂性，这就需要在FPGA中添加一个DSP与LCD之间的高速双向通道。

表1 LCD主要控制管脚功能

　　对每块LCD的控制，是通过操作指令寄存器和数据寄存器实现的。在屏幕指定位置写入数据，要分三步(①写入行地址，②写入列地址，③写入数据)才能完成，不但耗时而且增加了软件编程的复杂程度。如果能够将指令和数据合在一起作为一条指令，那么设计一套简单的指令译码电路执行电路就可完成这项任务。

　　2 硬件电路设计

　　硬件框图如图3所示。LCD的原始控制指令如表2所示。

表2 LCD原始控制指令

　　LCD的显示画面按8行为一页的方式进行划分，共64行分成8页。LCD具有列循环寻址功能，如果第一步设定了页地址和列地址，那么以后每次向LCD写入显示数据，列地址计数器就自动加一。除非再设定列地址，否则列地址就一直累加下去，直到63。这样就简化了写入工作。

　　考虑到实际应用方便，可把一些常用的操作按指令的方式编码。所得到的DSP控制指令如下：

控制显示器开关：0010 0000 1111 111x

指定显示起始行：0100 0000 11xx xxxx