采用NIOSⅡ嵌入式處理器的液晶顯示屏滾屏設(shè)計方案

引言

Nios II系列軟核處理器是Altera的第二代FPGA嵌入式處理器，其性能超過200DMIPS, Altera的Stratix、Stratix GX、Stratix II和Cyclone系列FPGA全面支持Nios II處理器。Nios II系列包括3種產(chǎn)品：Nios II/f（快速）--最高的系統(tǒng)性能，中等FPGA使用量；Nios II/s（標準）--高性能，低FPGA使用量；Nios II/e（經(jīng)濟）--低性能，最低的FPGA使用量。這3種產(chǎn)品具有32位處理器的基本結(jié)構(gòu)單元--32位指令大小，32位數(shù)據(jù)和地址路徑，32位通用寄存器和32個外部中斷源；使用同樣的指令集架構(gòu)（ISA），100%二進制代碼兼容，設(shè)計者可以根據(jù)系統(tǒng)需求的變化更改CPU,選擇滿足性能和成本的最佳方案，而不會影響已有的軟件投入。另外，Nios II系列支持60多個外設(shè)選項，開發(fā)者能夠選擇合適的外設(shè)，獲得最合適的處理器、外設(shè)和接口組合，而不必支付根本不使用的硅片功能。本文采用CycloneTM器件中的EP1C6Q240C8來實現(xiàn)雷達仿真電路顯示模塊的設(shè)計。

1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括以下部分：

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 EP1C6Q240C8及其配置芯片

本文系統(tǒng)中的處理器選用的是采用Altera公司提供的Cyclone系列的EP1C6Q240C8,該芯片采用240腳的PQFP封裝，提供185個IO接口。

該芯片擁有5980個LEs;可提供92160bit的ram;芯片內(nèi)部還自帶有2個鎖相環(huán)，可以在高速運行的時候保證系統(tǒng)時鐘信號的穩(wěn)定性。

在Nios II的硬件電路，通常使用Altera串行配置器件來存儲FPGA配置文件*.Sof。

Altera串行配置器件可提供在系統(tǒng)編程（ISP）和多次編程能力，能夠使FPGA和配置器件能夠以最低的價格實現(xiàn)完整的可編程芯片系統(tǒng)（SOPC）解決方案。標準型配置器件， 包括EPC2、EPC1、EPC1441、EPC1213、EPC1064和EPC1064V.本文使用EPC2配置器件。使用時，首先使用下載電纜將計算機生成的FPGA配置文件*.Sof使用programmer燒入EPC2配置器件中，然后由EPC2配置器件控制配置時序?qū)PGA進行配置，一次燒寫即可重復(fù)使用，編程完后可以脫離計算機工作。

1.2 存儲模塊

存儲模塊包括兩部分：只讀存儲器和隨機存儲器。

只讀存儲器用來存儲用戶程序和需要下載的文件。由于利用EP1C6Q240C8處理器的LCD滾屏設(shè)計是較為復(fù)雜的SOPC系統(tǒng)，用戶程序和需要下載的文件較大，用EPCS來存儲是不現(xiàn)實的。根據(jù)設(shè)計的具體要求選擇存儲容量為4Mbit的FLASH作為只讀存儲器， 并可使用flashprogrammer將*.elf和需要下載的文件燒入FLASH中，并在系統(tǒng)加電后實現(xiàn)調(diào)用。

隨機存儲器（RAM）主要是為了存放可執(zhí)行代碼和程序中用到的變量。由于所采用的處理器中的ram的存儲容量較小，根據(jù)本文中設(shè)計電路的要求，采用8M的外部sram.

1.3 顯示模塊

LCD顯示模塊是由控制器、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器和液晶顯示屏等器件構(gòu)成的。其核心部件LCD控制器是SOPC,它一方面提供與微控制器（即NIOS處理器）的接口，一方面連接行/列驅(qū)動器。通過對SOPC編程來實現(xiàn)對lcd的操作控制。本文采用的接口可編程芯片是T6963C來控制單色點陣圖形LCD。

T6963C是一種內(nèi)置控制器的圖形液晶顯示模塊，其面向顯示存儲器的引腳有8根數(shù)據(jù)線（D7~D0）、16根地址線（AD15~AD0）和4根控制線，最多能管理64kB大小的顯示存儲器。T6963C單屏可以達到640×128像素，雙屏可以達到640×256像素。

2 軟件開發(fā)

基于NIOS II處理器的雷達仿真電路顯示模塊的軟件設(shè)計主要是使用NIOS通過對LCD的控制器進行編程以達到對LCD進行顯示控制來實現(xiàn)的，其軟件實現(xiàn)方案主要包括以下幾部分：

2.1 T6963C初始化

顯示模塊軟件開發(fā)首先要對控制LCD的T6963C的寄存器進行初始化，設(shè)置LCD的特性。其初始化包括：

（1）設(shè)置文本和圖形緩沖區(qū)的起始地址和寬度、屏幕每行的字節(jié)數(shù)。其軟件設(shè)計主要依據(jù)表1指令來實現(xiàn)：

表1 T6963C控制指令

部分軟件代碼如下所示：

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（LCD_DB_BASE,0xff）；

IOWR _ ALTERA _ AVALON _ PIO _ DATA（LCD_CS_BASE,0）；

IOWR _ ALTERA _ AVALON _ PIO _ DATA（ LCD _ WR _ BASE , 0 ）；

IOWR _ ALTERA _AVALON_PIO_DATA（LCD_CD_BASE,0）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,參數(shù)數(shù)據(jù)1）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,參數(shù)數(shù)據(jù)2）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CD_BASE,1）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,指令）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CS_BASE,1）；//

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_WR_BASE,1）；//

（2）設(shè)置系統(tǒng)的字符和圖形之間按"或"功能顯示，其軟件設(shè)計主要依據(jù)指令80H來實現(xiàn)，部分軟件代碼如下所示。

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（LCD_DB_BASE,0xff）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CS_BASE,0）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_WR_BASE,0）；IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CD_BASE,1）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,80H）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CS_BASE,1）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_WR_BASE,1）；

2.2 LCD滾屏設(shè)計

定時間、定間隔地修改文本顯示區(qū)與圖形顯示區(qū)首地址將會產(chǎn)生顯示畫面滾動顯示效果。軟件實現(xiàn)如下：

Delay（自行設(shè)定延時時間）；

alt_u32Text_stadd;

alt_u8Text_stadd_newL,Text_stadd_newH;//調(diào)整后的文本顯示區(qū)低8位地址和高8位地址

Text_stadd_new=文本區(qū)地址高8位×256+文本區(qū)地址低8位+0x14//0x14表示每行可顯示30個字符

Text_stadd_newL=Text_stadd_new/256;

Text_stadd_newH=Text_stadd_new%256;

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,Text_stadd_newL）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,Text_stadd_newH）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_CD_BASE,1）；

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（LCD_DB_BASE,40H）。

圖形顯示區(qū)首地址的調(diào)整方法同文本區(qū)的調(diào)整方法相同。

3 結(jié)論

本文闡述基于NIOSⅡ嵌入式處理器控制LCD的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方法，充分體現(xiàn)了NIOSⅡ嵌入式處理器在LCD設(shè)計中的靈活性。