基于Nios_I的LCD控制器IP核设计.doc

1 概 述 1 1.1 课题概述 1 1.2 LCD控制器软核设计 2 2 相关技术介绍 2 2.1 LCD显示技术 2 2.2 SOPC技术 3 2.2.1基于FPGA嵌入IP硬核的SoPC系统 4 2.2.2基于FPGA嵌入IP软核的SoPC系统 4 2.3 SOPC技术的特点 5 2.4 Nios II处理器 5 2.5 Avalon总线简介 6 2.7 Quartus Ⅱ和SoPC Builder简介 7 2.7.1 Altera Quartus Ⅱ简介 8 2.7.2 SoPC Builder简介 9 3 系统实现 11 3.1 LCD控制器IP核设计 12 3.1.1设计思路 12 3.1.2 S3C2410介绍 13 3.1.3 LCD控制器的软核设计 13 3.2 LCD控制器组成 13 3.2.1 LCD控制器的相关参数、变量： 13 3.2.2像素存储与显示屏位置的映射关系： 14 3.2.3 5：6：5显示格式 15 3.3 FIFO的定制 17 3.4 LCD时序发生 19 3.5 LCD控制器的主要寄存器设置 21 3.6参数化的实现途径： 22 3.7在SOPC Builder中的Nios系统生成 23 4. 总结 26 1 概 述 1.1 课题概述 本文所要进行描述的设计是运用VHDL语言和Verilog HDL语言，通过分析LCD 控制器的硬件结构和控制时序，使用SoPC技术，把Nios CPU和LCD控制器放在同一个FPGA中。并通过对相应变量的参数化，实现有一定通用性的LCD IP核设计。目的是解决在利用Quartus Ⅱ 进行Nios系统开发时，由于内部没有可用LCD的IP，影响产品开发的问题。 1.2 LCD控制器软核设计 所要设计的LCD控制器是要求符合Avalon总线规范的。FPGA中集合了NiosⅡ CPU、DMA和LCD控制器模块，以及三态桥（连接Flash）、SDRAM控制器。LCD控制器的位置如图（1-1）所示，一端连接Avalon总线，一端连接LCD接口（LCD屏幕标准接口）。LCD控制器负责从SDRAM中提取显示数据，经处理符合LCD时序规范，送至LCD接口，实现显示图像。 图1－1系统总貌图 2 相关技术介绍 本小节主要介绍本论文中所涉及的关键理论和技术，包括LCD显示技术，SOPC技术，SOPC技术特点，Nios II处理器，Avalon总线。 2.1 LCD显示技术 在1970年，Ferguson制造了第一台具有实用性的LCD。LCD 使用液晶屏幕显示图象，液晶屏幕以电压供应的改变而改变光线的折射来产生色彩的变化LCD 显示屏一般都应用在便携电脑或多媒体放映机上。大部分桌面电脑的纯平LCD显示器就是采用了LCD 技术。 利用液晶制成的显示器称为液晶显示器，英文称 LCD（Liquid Crystal Display）。其种类可分为依驱动方式之静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。而其中，单纯矩阵型又俗称的被动式（Passive），可分为扭转向列型（Twisted Nematic，简称 TN）和超扭转式向列型（Super Twisted Nematic，简称STN）两种； 而主动矩阵型则以薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）为目前主流。 LCD因具有工作电压低、功耗小、显示信息量大、寿命长、易集成、方便携带和电磁辐射污染小等优点，在显示技术中异军突起,被广泛应用于手机、PDA产品、手持式仪器仪表等便携式电子产品与设备中。LCD驱动电路是液晶显示系统的重要组成部分，是一种计算机 或MCU 和液晶屏之间的接口电路，其主要功能是通过调制输出到液晶显示器件电极上的电位信号的相位、峰值、频率等参数来建立交流驱动电场。由于LCD的规格相差较大，常规的方法是针对每一种LCD开发专门的驱动电路，这样的设计浪费时间，而且复用性较差。为此，设计一种可用于多数小规模LCD驱动电路的IP核，通过复用该IP核来解决这个问题是非常必要的。 目前，国际上只有I-Shou大学的Yu-Jung Huang等人设计了可驱动不同规模LCD的驱动电路IP核，通过在系统中植入嵌入式微处理器来实现这一功能。但是，这种嵌入式微处理器使系统更复杂，而且成本更高。本文设计的可驱动不同规模LCD的驱动电路IP核是采用FPGA来实现的，能有效克服电路系统复杂和高成本这两个缺点。 2.2 SOPC技术 SoPC（System n a Program Chip，片上可编程系统）Programmable Logic Device，可编程逻辑器件）取代ASIC（Application Specific Integ