嵌入式系統(tǒng)的VGA接口設(shè)計(jì) (包含各種VGA接口的設(shè)計(jì))

目前越來越多的嵌入式處理器上集成了LCD控制器。典型的如三星的S3C2410A，Intel的Xscale系列。這樣可方便地外接大屏幕的LCD，且分辨率也能達(dá)到640×480，甚至800×600;色深能從6.5萬色(16位)到26萬色(18位)。但是大屏幕LCD的價(jià)格都比較昂貴。另一方面，普通計(jì)算機(jī)的VGA接口顯示器，保有量巨大、技術(shù)成熟，如果能通過接口轉(zhuǎn)換手段，讓嵌入式處理器直接支持VGA顯示器，則能很大地利用現(xiàn)有資源，節(jié)約系統(tǒng)成本。

　　LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口

　　VGA (Video Graphics Array)接口信號(hào)為模擬信號(hào)。其關(guān)鍵信號(hào)有5個(gè)，分別是Horizontal Sync水平同步信號(hào)(也叫行同步信號(hào))，垂直同步信號(hào)Vertical Sync(也叫場同步信號(hào))，Red紅色，Green 綠色和Blue 藍(lán)色。電子槍從左至右,從上至下地進(jìn)行掃描，每行結(jié)束時(shí),用行同步信號(hào)進(jìn)行同步;掃描完所有行后用場同步信號(hào)進(jìn)行場同步。因電子槍偏轉(zhuǎn)需要時(shí)間，所以掃完回轉(zhuǎn)中，要對電子槍進(jìn)行消隱控制:在每行結(jié)束后的回轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行行消隱;在每場結(jié)束后的回轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行場消隱。消隱過程中不發(fā)送電子束。

　　掃描式LCD接口(以S3C2410A的LCD控制器為例圖1)，在每一場完畢后，也是用VSYNC來進(jìn)行場同步;每一行完畢后，也是用HSYNC進(jìn)行行同步;也有VCLK像素時(shí)鐘，用于鎖存數(shù)據(jù);

　　其場同步信號(hào)，寬度為(VSPW+1)，之前有場消隱前肩(VFPD+1)，之后有場消隱后肩(VBPD+1);

　　其行同步信號(hào)，寬度為(HSPW+1)，之前有行消隱前肩(HFPD+1)，之后有場消隱后肩(HBPD+1);

　　可以發(fā)現(xiàn)，掃描式LCD接口的同步信號(hào)時(shí)序和VGA接口是一致的。原因是發(fā)明LCD后，盡管顯示原理不同，但為了在時(shí)序上和CRT兼容，也采用了這樣的控制時(shí)序?；诖耍耆軐CD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口。

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　　圖1 三星S3C2410A的LCD信號(hào)時(shí)序圖(來自S3C2410A數(shù)據(jù)手冊)

方案實(shí)現(xiàn)

　　VGA接口只需Hsync和Vsync兩個(gè)同步信號(hào)和RGB三個(gè)色彩分量信號(hào)。而掃描式LCD接口的同步信號(hào)的時(shí)序和VGA接口的完全一致，可直接把兩個(gè)同步信號(hào)接入VGA接口。

　　S3C2410A的LCD控制器輸出的是RGB數(shù)字信號(hào)。因此若用一些DAC芯片把RGB數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)VGA接口的RGB信號(hào)輸入。這類視頻專用DAC芯片較多，例如ADI公司的ADV7120;CHRONTEL公司的CH7004C。實(shí)驗(yàn)中選用的CHRONTEL公司的CH7004C。S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接如表1。

　　表1 S3C2410A的LCD控制器與CH7004C的連接

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　　在選擇數(shù)據(jù)格式時(shí)，RGB565較合適，因?yàn)?6位數(shù)據(jù)已經(jīng)有6.5萬色，完全足夠;24位數(shù)據(jù)時(shí)每個(gè)像素實(shí)際占用32位，4個(gè)字節(jié)，傳輸時(shí)對S3C2410A的總線資源占用太大。

　　整個(gè)電路原理圖如圖2所示。其中一些需要注意的地方有：

　　CH7004C工作在從模式下，由S3C2410A的I2C控制。在實(shí)驗(yàn)中使用的是精度較好的日本村田(murata)的阻容元件，包括10K,360歐，75歐和10pF的電容。10K用于I2C總線的上拉，360歐用于RSET引腳接地;75歐為R，G，B三個(gè)輸出管腳和地之間的終端電阻，10pF電容用于晶振。另外，CH7004C的IIC地址，是通過把ADDR引腳拉高或拉低來設(shè)定;接地時(shí)，根據(jù)芯片手冊，其7位的I2C地址為1110110，最后加一個(gè)讀/寫位。

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　　圖2 CH7004C的電路原理圖

CH7004C的關(guān)鍵寄存器及設(shè)置

　　CH7004C片內(nèi)有25個(gè)寄存器。其中比較關(guān)鍵的是Display Mode，Input Data Format，Sync Polarity三個(gè)寄存器。Display Mode顯示模式寄存器，片內(nèi)地址0X00，輸入分辨率為640×480，由芯片手冊，可選模式從Mode13到Mode17均可。實(shí)驗(yàn)中選擇的是默認(rèn)的Mode17，對應(yīng)參數(shù)為0X6A。Input Data Format輸入數(shù)據(jù)格式寄存器，片內(nèi)地址是0X04，因?yàn)檩斎氲臄?shù)據(jù)格式為RGB565，且需打開pass-through模式，故對應(yīng)參數(shù)為0X20。Sync Polarity同步信號(hào)極性寄存器，片內(nèi)地址0X0D，根據(jù)輸入的Hsync和Vsync的極性來設(shè)定，如果是均為負(fù)脈沖，則把VSP位和HSP位都置0;如果均為正脈沖，則把VSP位和HSP位都設(shè)置為1。實(shí)驗(yàn)中，把S3C2410A的LCD控制器的同步信號(hào)極性均設(shè)為低電平有效，故參數(shù)為0X00。

　　S3C2410A的LCD控制器設(shè)置

　　作為輸出源，S3C2410A的LCD控制器也需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。需要的輸出分辨率是640×480，16位色(RGB565格式),刷新率60Hz。一共有LCDCON1到LCDCON5共5個(gè)寄存器需要設(shè)置，具體參數(shù)要參考VGA時(shí)序規(guī)范和LCD時(shí)序圖(圖1)。所需設(shè)置的寄存器如表2。

　　表2 S3C2410A的LCD控制器中需要設(shè)置的寄存器

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　　實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)

　　實(shí)驗(yàn)中，選擇的操作系統(tǒng)嵌入式Linux，內(nèi)核版本2.4.18，圖形系統(tǒng)是Qtopia 1.7.0。bootloader選用的韓國MIZI公司的vivi。上電后，vivi將進(jìn)行初始化，其中包括設(shè)置CH7004，然后再引導(dǎo)進(jìn)入Linux。對CH7004的操作，完全可以看作對一個(gè)IIC接口的EEPROM來進(jìn)行，可專門定義一個(gè)函數(shù)IIC_Write()來寫數(shù)據(jù)。例如對IDF寄存器的設(shè)置為I2C_Write(0xec,0x04,0x20)。設(shè)置好后，CH7004的所有寄存器數(shù)據(jù)如表3。

　　實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，設(shè)定SPR同步信號(hào)極性寄存器時(shí)，如果都設(shè)同步信號(hào)為正脈沖有效，接顯示器也能正常顯示，但是有閃爍。負(fù)脈沖有效則無這種情況，故推薦均設(shè)置為負(fù)脈沖有效。

表3 正常工作時(shí),CH7004C的各個(gè)寄存器讀出的數(shù)據(jù)

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　　結(jié)語

　　本文提供的LCD接口轉(zhuǎn)換為VGA接口的解決方案，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，切實(shí)可行。在Linux和Windows CE 4.2兩種嵌入式操作系統(tǒng)下均進(jìn)行了測試，Linux下VGA顯示器的畫面非常穩(wěn)定;在Windows CE 4.2下基本穩(wěn)定，略有閃爍。該方案最大特點(diǎn)在于讓嵌入式系統(tǒng)直接支持VGA顯示器，具備較大的實(shí)際應(yīng)用意義。

　　圖3 Linux下外接VGA顯示器