關(guān)鍵詞： FPGA , LCD , VGA

飛機(jī)座艙圖形顯示系統(tǒng)已發(fā)展到第六代，即采用有源矩陣彩色液晶顯示器AMLCD（Active Matrix Liquid Crystal Display）。當(dāng)前高分辨率的軍用AMLCD顯示模塊還只能依靠進(jìn)口，且控制電路板須安裝在該顯示模塊提供的機(jī)箱內(nèi)。這種安裝方式對AMLCD控制電路板的尺寸要求高，要求盡可能減少所設(shè)計(jì)電路板的尺寸。在筆者設(shè)計(jì)的新一代飛機(jī)座艙圖形顯示系統(tǒng)中使用了大規(guī)模現(xiàn)場可編程門陣列FPGA（Field Programmable Gata Array），這種設(shè)計(jì)方式可以將以前需要多塊集成芯片的電路設(shè)計(jì)到一塊大模塊可編程邏輯器件中，大大減少了電路板的尺寸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和設(shè)計(jì)的靈活性。本文詳細(xì)介紹了已在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用的基于FPGA的圖形式AMLCD控制器設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法稍作修改即可應(yīng)用于常見VGA視頻接口電路的設(shè)計(jì)。

1 圖形顯示系統(tǒng)簡介   

  
圖1是飛機(jī)座艙圖形顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中處理器采用AD公司的ADSP21061芯片，AMLCD采用Korry公司的KDM710全彩色液晶顯示模塊，該模塊為5%26;#215;5英寸、600%26;#215;600分辨率彩色液晶顯示模塊，24數(shù)字RGB輸入。兩個(gè)幀存A和B采用IDT公司的71V424高速異步靜態(tài)RAM，系統(tǒng)采用兩個(gè)幀存輪流操作的方法：當(dāng)DSP向其中一個(gè)幀存寫象素時(shí)，由FPGA構(gòu)成的幀存控制器將另一個(gè)幀存中的象素順序讀出送給AMLCD，反之亦然。圖形顯示系統(tǒng)通過IDT公司的71V04雙口RAM接收主機(jī)的顯示信息。圖1中的幀存控制器和視頻控制器由Xilinx公司的SpartanII芯片XS2S50實(shí)現(xiàn)。   

2 KMD710顯示模塊   

如圖1所示，美國Korry公司提供的KDM710全彩色液晶顯示模塊接口信號主要如下幾組：3個(gè)8位RGB數(shù)字信號、行同步信號HSYNC、場同步信號VSYNC、數(shù)據(jù)使能信號DATA_EN和點(diǎn)時(shí)鐘輸入DCLK。根據(jù)AMLCD數(shù)據(jù)手冊所需求的時(shí)序，確定掃描時(shí)序和相應(yīng)的時(shí)序參數(shù)如圖2所示。一般，圖形終端顯示器掃描制式與廣播電視的標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)不同，須根據(jù)顯示模塊所提供的時(shí)間要求來確定掃描時(shí)序，其中的行場同步的前后肩，可以根據(jù)需要進(jìn)行微調(diào)，一般為了防止每行的第一個(gè)象素丟失，要求行同步后肩C與行同步脈沖寬B盡量相等。圖2中的點(diǎn)時(shí)鐘為20MHz，行周期為650個(gè)時(shí)鐘周期，場周期為615個(gè)行周期（場頻為50Hz）。  

  
3 LCD VGA控制器設(shè)計(jì)   

設(shè)計(jì)行場掃描時(shí)序，一般有兩種方式：查找表方式和編程邏輯方式。查找表方式主要由存儲(chǔ)芯片構(gòu)成，如SRAM、EPROM、PORM等。使用時(shí)，先根據(jù)所要產(chǎn)生的時(shí)序在存儲(chǔ)單元寫入相應(yīng)的數(shù)值，查表時(shí)再從表內(nèi)讀出時(shí)應(yīng)存儲(chǔ)單元的數(shù)值，以形成掃描時(shí)序。掃描時(shí)序查找表分為行掃描時(shí)序查找表和場掃描時(shí)序查找表。場掃描時(shí)序查找表的輸入時(shí)鐘由行同步脈沖提供。用查找表形成時(shí)序的方法存在體積大、計(jì)算煩瑣的缺點(diǎn)。隨著大規(guī)模邏輯芯片的出現(xiàn)，利用編程邏輯方法產(chǎn)生行場掃描時(shí)序是一個(gè)發(fā)展方向。這種方法具有電路簡單、功能強(qiáng)、修改方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖3為LCD控制器的框圖。   

在本設(shè)計(jì)中,點(diǎn)時(shí)鐘DCLK由處理器DSP的系統(tǒng)時(shí)鐘40MHz經(jīng)數(shù)字鎖相環(huán)二分頻得到。點(diǎn)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)行時(shí)序生成器，產(chǎn)生圖2所示的行同步信號HS和行消隱信號HB。為避免毛刺，控制器設(shè)計(jì)采用同步設(shè)計(jì)方法，如圖3所示，行同步信號HS通過一個(gè)微分電路，產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)時(shí)鐘周期寬的場時(shí)序生成器使能信號。在使能信號有效時(shí)，場時(shí)序生成器開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生場同步信號VS和場消隱信號VB。行消隱信號HB和場消隱信號VB相與后即為數(shù)據(jù)使能信號DATA_EN。該數(shù)據(jù)使能信號作為產(chǎn)生幀存地址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)使能，以保證DATA_EN信號為高時(shí)，將象素送給AMLCD顯示。在DCLK的上升沿，幀存地址計(jì)數(shù)器加一，幀存SRAM經(jīng)過一段延時(shí)后，象素?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)在總線上。在DCLK的下降沿AMLCD將數(shù)據(jù)讀入。該LCD控制器的設(shè)計(jì)方法很容易用于VGA視頻接口。在VGA接口電路的設(shè)計(jì)中，不需點(diǎn)時(shí)鐘電路，只須將行同步信號與場同步信號輸出，將數(shù)據(jù)使能信號作為復(fù)合消隱信號輸入即可。產(chǎn)生行場掃描時(shí)序的VHDL描述如下：   

entity seq_gen is port(clk_seq : in std_logic； rst_seq : in std_logic; LCD_hs_out : out std_logic; lcd_dataen : out std_logic; lcd_vs_out : out std_logic; pix_clk : out std_logic ); end seq_gen; architecture rtl_seq_gen of seq_gen is signa  
l lcd_hb : std_logic; signal lcd_hs : std_logic; signal lcd_vb : std_logic; signal lcd_vs : std_logic; signal clken_vcount : std_logic; begin hcount: block signal hcountreg :std_logic_vector(9 downto 0); signal hz_temp : std_logic; signal lcd_hz : std_logic; begin process (clk_seq,lcd_hz) begin if (lcd_hz = "1") then hcountreg "0"); elsif clk_seq"event and clk_seq = "1" then hcountreg =600 and hcount reg =610 and hcountreg  "0"); elsif clk_seq"event and clk_seq = "1" then if clken_vcount = "1" then vcountreg =600 and vcountreg =607 and vcounreg

采用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)的AMLCD控制器，大大減少了電路板的尺寸，同時(shí)增加了系統(tǒng)可靠性和設(shè)計(jì)靈活性。這種用VHDL語言實(shí)現(xiàn)現(xiàn)行場掃描時(shí)序生成器的方法，具有簡便。易讀和可重用性強(qiáng)的特點(diǎn)。該AMLCD控制器已用Xilinx公司的SpartanII系列器件XC2S50實(shí)現(xiàn)，并在飛機(jī)座艙圖形顯示系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。