在很多的实际数字系统中,往往需要良好的用户界面,其中LCD是被大量采用的器件。由于LCD是典型的慢速设备,在与高速微处理器接口时,会耗费大量时间,这在高速系统设计中是不允许的。如果DSP有不太富裕的处理余量,如何利用它对LCD完成控制呢？仅在两者之间加入锁存器之类的简单接口电路,往往不能对LCD完成控制。不过,有了FPGA,就可以在不增加成本的情况下,在DSP和LCD之间设计一条双向的快速通道。
【FPGA实现DSP与液晶显示器快速接口】
在嵌入式系统设计中，用户界面的构建至关重要，而液晶显示器（LCD）作为常用的显示设备，广泛应用于各种数字系统中。然而，LCD因其工作速度相对较慢，与高速微处理器如DSP（数字信号处理器）连接时，会消耗大量时间，这对高速系统的设计是一个挑战。当DSP处理能力有限时，仅依靠简单的接口电路，如锁存器，可能无法有效地控制LCD。
FPGA（Field-Programmable Gate Array）在这种情况下发挥了重要作用。FPGA是一种可编程逻辑器件，能够根据需求配置为各种逻辑功能，提供高速、灵活的接口解决方案。在不增加额外成本的前提下，FPGA可以在DSP与LCD之间建立一条双向快速通道，使得DSP能够高效地驱动LCD，避免资源浪费，简化系统设计。
1. **DSP与LCD的时序差异**
TI公司的TMS320VC54x系列DSP是常用的低成本选择，例如TMS320VC5416。DSP通过地址线、数据线和控制线与外部I/O设备交互。在高主频下，如100MHz，DSP的访问周期非常短，但LCD的读写操作至少需要1μs，这之间的速度差异导致了接口问题。
2. **解决策略**
为了解决这种速度不匹配，可以通过FPGA设计一个高速接口。FPGA可以实现复杂的时序控制，包括插入适当的等待周期，以适应LCD的慢速操作。此外，通过在FPGA中集成微指令ROM，可以预定义一系列控制指令，简化对LCD的操作，如开/关显示器、设定显示位置、写入数据等。
3. **硬件电路设计**
硬件设计的关键是FPGA中的微指令ROM，它根据预定义的控制指令序列生成控制信号，以同步DSP和LCD的操作。LCD的控制通常涉及对指令寄存器和数据寄存器的操作，FPGA可以实现这些操作的并行处理和流水线化，以加速处理流程。例如，通过一次性设定页地址和列地址，然后连续写入数据，可以利用LCD的列循环寻址功能，减少写入次数，提升效率。
4. **LCD控制指令编码**
LCD的原始控制指令可以被重新编码为更高效的DSP控制指令，例如，将开关显示器、设定显示位置等常见操作打包成单一指令。这减少了软件编程的复杂性，并优化了硬件资源的使用。
5. **FPGA的优势**
FPGA不仅提供了高速接口，还允许动态配置，可以根据系统需求调整功能，适应性强。结合DSP的高性能计算能力和FPGA的灵活接口，可以构建出高效、可扩展的嵌入式系统。
通过FPGA实现的快速接口解决了高速DSP与慢速LCD之间的通信问题，使得DSP可以充分利用其处理能力，同时保持系统设计的简洁性和成本效益。这种方法在现代嵌入式系统设计中具有广泛的应用价值，尤其是在需要实时显示处理结果的领域，如图像处理、工业控制和嵌入式多媒体应用等。
