基于嵌入式CPU S3C2440的VGA显示系统设计

基于嵌入式CPU S3C2440的VGA显示系统设计

       摘要：基于VGA接口时序，以高性能视频D/A芯片ADV7120为核心。实现了基于嵌入式CPUS3C2440的VGA显示子系统。系统一方面利用S3C24 40自带的LCD控制器产生符合VGA显示要求的时序逻辑，另一方面通过LCD数据线将数字RGB信号传递给具有8路通道的视频D/A芯片ADV7120，产生VGA显示需要的模拟色彩信号。通过TFTLCD扫描显示的时序与VGA扫描显示时序的匹配，驱动VGA显示屏。该系统能够达到正常显示色彩信息的要求，且价格低廉，适用于对显示效果要求不苛刻，但要求大尺寸显示屏且对价格敏感的嵌入式应用中。

       目前很多SOC厂商的微处理器芯片都集成了LCD控制器，如三星公司的S3C2410.S3C2440，Intel的Xscale系列等。大多数嵌入式系统也采用流行的LCD显示技术。但是在需要大屏幕显示、对分辨率要求不高的场合，如车间、厂房，采用大屏幕LCD则成本过高。另一方面，VGA显示技术因为技术发展成熟，成本低廉，仍在被大量使用，直到今天它仍是所有显示终端最为成熟的标准接口。如果让嵌入式处理器直接支持VGA显示器，则能很大地利用现有资源，节约系统成本。

　　1 基于S3C2440的VGA显示技术分析

　　通过分析VGA显示技术的时序逻辑与S3C2440内部集成LCD控制器驱动TFT LCD的时序逻辑，找出它们的共同点，分析在S3C2440上应用VGA显示接口的可行性。

　　1.1 VGA显示原理

　　VGA（Video Graphics Arrnay）是IBM公司提出的目前仍然广泛应用于PC的显示接口。该接口具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。VGA接口在物理上表现为DB15的插座，其中VGA适配器端使用的是阴性DB15标准的接口。其引脚定义如表1所示。

　　表1 VGA适配器引脚定义

　　VGA接口使用模拟RGB通道，逐点、逐行扫描。其时序如图1所示。VGA接口信号为模拟信号，其关键信号有5个，分别是Horizontal Sync水平同步信号（也叫行同步信号），垂直同步信号Vertical Sync（也叫场同步信号），红色模拟信号，绿色模拟信号和篮色模拟信号。电子枪从左至右，从上而下的进行扫描，每行结束时，用行同步信号进行同步。扫描完所有的行后用场同步信号进行场同步。因电子枪偏转需要时间，所以扫完回转中，要对电子枪进行消隐控制，在每行结束后的回转过程中进行行消隐，在每场结束后的回转过程中进行场消隐。消隐过程中不发送电子束。

　　图1 VGA的扫描时序

　　1. 2 TFT LCD显示屏扫描时序分析

　　基于ARM920T内核的S3C2440芯片外围集成了LCD控制器，LCD控制器被用来向LCD传输图像数据，并提供必要的控制信号，比如VFRAME、VLINE、VCLK、VM等。除此之外，LCD控制器还包括一组控制寄存器：LCDCON1寄存器、LCDCON2寄存器、LCDCON3寄存器、LCDCON4寄存器、LCD CON5寄存器。这些寄存器的设置与显示屏信息、控制时序和数据传输格式等密切相关，在设计中需要根据显示设备的具体信息正确设置这些寄存器才能使S3C2440正常控制驱动不同的显示屏。

　　典垂的TFT液晶显示屏的扫描对序如图2所示。

　　图2 典型TFT LCD扫描时序

       其中主要包括：

　　1）帧（垂直）同步（VSYNC）：用高电平（或低电平）表示扫描一帧的起始。

　　2）行（水平）同步（HSYNC）：用高电平（或低电平）表示扫描一行的起始。

　　3）时钟（VCLK）：通过上升沿（或下降沿）把数据写入液晶屏。

　　4）数据有效控制（VDEN）：表示是否开启TFT输出。

　　5）数据信号（VD）：表示每个点的颜色，通常有16位、18位、24位等模式。

　　通过对比VGA接口的时序和TFT LCD液晶显示屏的扫描时序，可以看出它们很相似。这就为用LCD控制器驱动VGA显示屏提供了内在的可能性。而且一旦实现了这种转接方案，由于是由硬件实现的两种接口的电气转换，不需要写任何驱动程序，是在嵌入式系统平台上扩展VGA接口的最方便的方案。比较两种接口的特性，要实现从TFT时序到VGA时序的转换，需要解决的向题有：

　　1）TFT液晶扫描同步信号和VGA同步信号的电平问题。

　　2）TFT液晶控制器的输出是RGB数字接口，而VGA的红绿蓝通道时模拟量，两者需要通过D/A转换。使用D/A要考虑转换精度、转换速度、转换通道数等问题。其中，为满足真彩色（24位）的要求，8位的转换精度就可以。基于VGA对帧频的要求，每个点的转换频率必须大于27 MHz，同时，必须至少有3个通道同时转换，以满足红绿蓝（RGB）3个通道的输出。

　　针对这种转换的D/A通常称为视频D/A，本设计采用ATI公司的视频D/A芯片ADV7120。

　　1.3 ADV7120简介

　　ADV7120是美国ADI公司生产的高速视频数模转换芯片，其像素扫描时钟频率有30、50、80 MHz 3个等级。ADV7120在单芯片上集成了3个独立的8位高速D/A转换器，可以分别处理红、绿、蓝视频数据，特别适用于高分辨率模拟接口的显示终端和要求高速D/A转换的应用系统。

　　ADV7120的输入及控制信号非常简单：3组8位的数字视频数据输入端，分别对应RGB视频数据，数据输入端采用标准TTL电平接口；4条视频控制信号线包括复合同步信号SYNC、消隐信号BLANK、白电平参考信号REFWHITE和像索时钟信号CLOCK;外接一个1.23 V数模转换参考电压源和1个输出满度调节。只有4条输出信号线：模拟RGB信号采用高阻电流源输出方式，可以直接驱动75 Ω同轴传输线；同步参考电流输出信号Isync用来在绿视频模拟信号中编码视频同步信息。