基于DRAM、FPGA的专用LCD显示接口设计与实现

### 基于DRAM、FPGA的专用LCD显示接口设计与实现知识点 #### 1. 显示接口设计背景与必要性 随着嵌入式系统(SOC)和嵌入式智能设备的快速发展，它们在工业控制领域逐渐替代了传统大型工业PC，成为主流。这些设备往往需要定制化的显示接口，以适应特定成本和性能要求。文章中提到，自行设计TFTLCD显示接口的一个重要原因是成本和适用性考量，特别是对800*600*256色彩显示模式的工业用TFTLCD屏幕。 #### 2. 硬件选型与设计 文章中详细介绍了硬件的选择和设计思路，包括以下几个重要部分： - **MCU选择**：选择三星S3C44B0X ARM芯片作为主控制器，它适用于工控智能设备，具有实时性、可靠性、安全性及易维护性。 - **外围接口**：包括串并口、网络接口、CAN总线接口、FLASH盘、USB以及TFT/VGA显示接口等。 - **显示接口自行设计原因**：由于S3C44B0X ARM芯片本身不包含TFTLCD显示接口，所以必须自行设计。 #### 3. DRAM与FPGA在设计中的角色 - **DRAM的作用**：为了实现800*600*256色的显示，存储器需要至少480KB的容量，故选择了EDORAM作为显存，它的价格相对较低，且控制时序相对简单。 - **FPGA的角色**：作为控制电路的核心，使用FPGA来实现可编程门阵列，来控制TFTLCD显示接口的工作。 #### 4. 关键技术与难点解决 - **DRAM读写速率与显示输出匹配问题**：文章讨论了如何处理DRAM的较慢读写周期和TFT显示器要求的高速点阵输出时钟周期之间的差异。 - **增加数据带宽**：通过增加DRAM的数据带宽来提高读取效率，减少对DRAM的重复访问次数。 - **缓存(CACHE)机制**：引入FIFO队列作为缓存，将DRAM读取的数据批量存储，然后以较快的点时钟频率逐个输出，以提升显示速度。 #### 5. 显示地址发生器与扫描信号生成 显示电路单元中的显示地址发生器负责生成正确的行、场扫描信号，而扫描信号生成器则是确保正确的扫描同步。 #### 6. 硬件接口技术细节 - **外部命令解释器**：解释来自MCU或其他外设的命令，进行相应控制操作。 - **显示输出**：负责把处理后的图像数据输出到LCD屏幕。 - **调色板**：用于调色板功能，根据需要转换颜色数据。 - **总线仲裁与切换逻辑**：处理内部总线的仲裁和切换，确保数据流畅。 #### 7. 关键技术点的实践策略 - **不同的读写与显示输出速率**：通过提升DRAM操作频率来匹配显示输出，设计了一种“快存取慢输出”的策略。 - **数据带宽的增大**：通过提升读取数据的带宽，以减少需要从DRAM中读取的次数。 - **缓存(CACHE)机制的实现**：详细阐述了FIFO队列缓存机制的原理和在状态机中的应用。 #### 8. 技术实现的考量与评估 在设计显示接口时，除了技术实现的可行性，还需要考虑实用性、成本控制、系统实时性、可靠性以及易维护性。 #### 9. 关键词解析 - **DRAM**：动态随机存取存储器，用于大量数据的存储。 - **FPGA/CPLD**：现场可编程门阵列/复杂可编程逻辑设备，用于构建复杂的逻辑电路。 - **TFTLCD**：薄膜晶体管液晶显示，是常用的显示技术。 - **VHDL**：VHSIC硬件描述语言，用于电子系统硬件设计的编程语言。 #### 10. 实际应用与拓展 设计的TFTLCD显示接口不仅应用于工业控制领域，也广泛适用于其他需要高分辨率显示的嵌入式系统，如车载显示、医疗仪器显示等。通过实现此显示接口，开发者可以进一步扩展其在更多领域的应用潜力。 #### 结语 该设计为在成本和实用性方面提供了面向工业控制的TFTLCD显示接口的廉价可行的解决方案。通过合理的设计选择和对难点的克服，此设计显示了在嵌入式系统中集成高质量显示功能的可行路径。