嵌入式軟核處理器液晶顯示屏的設計方案解析

　　Alt era公司的Nios嵌入式軟核處理器以其成本低廉，設計靈活等特點，在嵌入式應用領域得到了廣泛的應用，同時LCD也越來越多地在各種儀器儀表和測控系統(tǒng)中作為人機界面和顯示模塊。本文利用SOPC技術實現了一種基于Nios嵌入式軟核處理器的液晶顯示屏的設計方案，并給出了對該液晶屏進行控制的硬件接口電路、軟件編寫流程以及相應程序。
　　0引言
　　LCD液晶顯示滿足嵌入式系統(tǒng)日益提高的要求，特別在工業(yè)控制和消費電子領域，具有穩(wěn)定可靠、成本低、功耗小、控制驅動方便、接口簡單易用、模塊化結構緊湊、體積小和重量輕等優(yōu)點。NiosⅡ是一種可配置的16/32位RISC處理器，它結合豐富的外設專用指令和硬件加速單元可以低成本地提供極度靈活和功能強大的SOPC系統(tǒng)，開發(fā)者根據實際需要自行整合。Altera公司所有主流FPGA器件都支持NiosⅡ。將LCD驅動與NiosⅡ相結合可以得到一個擴展性強、通用的IP核，從而解決不同型號液晶屏之間的驅動差異問題。
　　1 NiosⅡ軟核處理器和SOPC
　　設計NiosⅡ核用占用不到一半的FPGA資源，可計算增加1倍以上的信息。NiosⅡ嵌入式處理器性能超過200 DMIPS，32位數據和地址、采用32位指令、32個外部中斷源和32位通用寄存器；NiosⅡ支持幾十個外設選項，開發(fā)者能夠選擇合適的外設，獲得最合適的處理器、外設和接口組合。
　　現在，在一片FPGA芯片上可以實現如MCU、DSP、PCI總線控制和各種控制算法等復雜的功能。FPGA芯片密度已達到百萬門級，由于FPGA芯片密度的提高和EDA開發(fā)工具的不斷更新，利用FPGA器件實現SOC已成為可能，這項技術稱為嵌入式SOPC技術。SOPC技術既具有基于ASIC的系統(tǒng)級芯片設計的特征，又具有基于模板級設計的特征，具有了可重構性、高效自動化的設計方法。Altera推出的NiosⅡ為設計者提供了FPGA優(yōu)化的嵌入式處理器，以及為SOPC設計了一套綜合解決方案。
　　NiosⅡ處理器具有完善的軟件開發(fā)套件，包括集成開發(fā)環(huán)境（IDE）、編譯器、MC調試器、TCP/IP協(xié)議棧和實時操作系統(tǒng)（RTOS）。設計者能夠用Altera QuartusⅡ開發(fā)軟件中的SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具創(chuàng)建用戶定制的CPU和外設電路，獲得設計需要的處理器系統(tǒng)。
　　利用SOPC Builder開發(fā)工具創(chuàng)建專用的處理器系統(tǒng)，需要進行SOPC的嵌入式處理器芯片內部資源的選擇和軟件設計。SOPC Builder工具通過加載NiosⅡ軟核和外圍接口的定義來配置一個高集成度的SOPC系統(tǒng)的嵌入式處理器芯片。
　　圖1是一個液晶顯示的SOPC系統(tǒng)的NiosⅡ處理器，主要端口包括復位信號、全局輸入時鐘和一些I/O端口。因NiosⅡ是在FPGA芯片內實現的，那么它既可以通過FPGA的引腳連到外部設備，也可以直接連到FPGA芯片內的其他電路上。FPGA片內未被使用的資源仍然同樣可以被配置成為其他的模塊使用，從而實現系統(tǒng)的SOC集成。
　　
　　2液晶屏控制器的選擇
　　這里使用的是一塊YM12864J的液晶顯示模塊，它已集成了SED1330作為液晶顯示屏的控制器，與同類產品相比其主要特點有：
　?。?）有較強功能的I/O控制器；
　?。?）指令簡單；
　　（3）8位并行I/O口；
　?。?）文本和圖形方式混合顯示。
　　YM12864J的I/O接口見表1.