DSP－OMAP5912的圖像控制器接口技術(shù)

引言

二維圖像控制器的接口設(shè)計一直是平面顯示器的重要組成部分之一。尤其是隨著數(shù)字電視和高清電視的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛，對于2維圖像控制器的控制也是平面顯示技術(shù)的重點，一般采用微處理器控制圖像控制器，nec、motorola和philips均有專用的微處理器，可以方便的與圖像控制器進(jìn)行連接。近年來，隨著數(shù)字信號處理器（dsp）和嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號處理器和圖像控制器的連接十分方便，同時dsp是一種通用處理器，可以通過修改軟件和配置不同的硬件來滿足各種場合需要，實現(xiàn)定制平面顯示的需求。

本文介紹ti公司的嵌入式dsp－omap5912和2維圖像控制器的連接。dsp可以直接采集圖像信號或者從其他設(shè)備接收圖像信號，并對圖像信號處理后，通過2維圖像控制器傳輸?shù)斤@示器，驅(qū)動顯示圖像。本文著重于介紹dsp和圖像控制器，以及圖像控制器和顯示器的連接。

1 圖像控制器

圖像控制器采用epson公司的s1d13506芯片實現(xiàn)。s1d13506是epson公司推出的彩色lcd/crt/tv圖像控制器，其主要特性有：具有較低的功耗和極低的工作電壓，可以滿足移動多媒體、手持設(shè)備的圖像控制；在16bpp下達(dá)到800×600的分辨率；支持tet/d－tft顯示，在18位tft下有64k真彩色；支持ntsc和pal兩種tv輸出方式，支持位塊傳輸。

s1d13506的內(nèi)部功能如圖1所示，從圖1中可以看出，s1d13506的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要圍繞2d圖像驅(qū)動模塊組成，對上層微處理器有主機接口模塊負(fù)責(zé)和cpu的接口，同時有多媒體卡接口負(fù)責(zé)和數(shù)碼相機的接口。2d模塊對下層顯示器有兩條通道，一條負(fù)責(zé)和lcd液晶顯示器連接，由lcd管道（pipeline）、lcd發(fā)射器和lcd接口組成，另外一條負(fù)責(zé)和crt/tv普通顯示器的連接，由crt/tv管道，crt/tv發(fā)射器，crt/tv編碼、合成器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器dac組成。為了加快圖像處理的速度，2d模塊還帶有mem控制器，通過該控制器可以外接dram，增大顯存空間。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)由dsp、s1d13506、鍵盤鼠標(biāo)、pc機接口、usb設(shè)備接口，jtag仿真口以及flash組成，其硬件連接如圖2所示。圖2中，dsp是核心控制單元，本系統(tǒng)采用omap5912芯片，該dsp是ti公司推出的嵌入式dsp，具有雙處理器結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成arm和dsp處理器，arm為基于arm9核的ti925t處理器，用于控制外圍設(shè)備，dsp用于數(shù)據(jù)處理，omap5912中的dsp是基于tms320c55x核的處理器，提供1個40位和1個16位的算術(shù)邏輯單元（alu）。由于dsp采用了雙alu結(jié)構(gòu)，大部分指令可以并行運行，其工作頻率達(dá)到150mhz，并且功耗更低。c55和arm可以聯(lián)合仿真，也可以單獨仿真，如圖2中的2個jtag仿真接口。

圖2中s1d13506負(fù)責(zé)圖像信號的傳輸，驅(qū)動顯示器顯示圖像；dsp使用emiff快速外設(shè)接口連接rt8019，最終連接到以太網(wǎng)，由于omap5912具有嵌入式arm核，可以對系統(tǒng)配置專門的ip地址，直接從互聯(lián)網(wǎng)上訪問系統(tǒng)；系統(tǒng)中的鍵盤和鼠標(biāo)用于人機接口，用于命令的輸入控制；flash保存dsp所需要的程序，供dsp上電調(diào)用；dsp還提供hpi口，該接口可以和計算機連接，可以下載計算機中的文件并通過s1d13506播放。系統(tǒng)還配有usb接口，可以和usb設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
3 s1d13506的硬件接口設(shè)計
s1d13506和omap5912的連接是系統(tǒng)硬件連接的關(guān)鍵，其具體連接如圖3所示，使用omap5912的emifs接口連接s1d13506。emifs是omap5912的慢速外部存儲器接口（external memory interface slow），可以方便的和外部flash、異步sram等設(shè)備連接。本系統(tǒng)的s1d13506模塊傳輸圖像信號，每秒傳輸24幀800×600分辨率的圖像，傳輸速率只需要11.53mbit/s，omap5912的emifs接口適合滿足其速度要求。

s1d13506和omap5912的emifs連接，s1d13506做為omap5912的外部16位從異步設(shè)備，由于omap5912的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線度為32位，而s1d13506的數(shù)據(jù)總線寬度為16位。為此，omap5912只在低16位發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，omap5912使用通用i/o引腳控制s1d13506的復(fù)位信號，當(dāng)連續(xù)多次未收到s1d13506的響應(yīng)信號時，omap5912可以軟件復(fù)位s1d13506，從而避免通信的死鎖現(xiàn)象。
s1d13506和外擴的dram以及顯示器的連接如圖4所示。圖4中，clk1為33.333mhz時鐘，clk2在ntsc模式下為14.31818mhz時鐘，pal模式下為17.734475mhz時鐘，bclk為80mhz時鐘，通過這3個外部時鐘，s1d13506對這些時鐘進(jìn)行分頻、倍頻以及兩者的組合，最終提供各種顯示器需要的4個時鐘信號，分別為主時鐘、lcd時鐘、crt/tv時鐘以及多媒體卡時鐘。不同的顯示器對這些時鐘最終頻率的要求不同，均可以通過s1d13506的內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置。

s1d13506和crt/tv有兩種連接方式，圖4中右上為s端子接口，s1d13506只需要將亮度、對比度和色飽和度輸出即可。圖4中右下為普通crt電視接口，s1d13506輸出red、green、blue以及水平和垂直信號即可。s1d13506和lcd的連接如圖5所示，lcd顯示器為數(shù)字接口，s1d13506必須提供數(shù)字接口，圖5所示是和16位單lcd顯示器接口，此外還有4位單lcd、8位單lcd、8位雙lcd、9位tft、16位單lcd、16位雙lcd以及12位tft接口，這些接口方式和圖5的連接方式略有區(qū)別，主要在于數(shù)據(jù)信號的連接不同，此外，s1d13506還提供移位信號、幀信號和線信號到lcd顯示器。

s1d13506和crt/tv的連接屬于模擬信號傳輸，為了提高圖像信號的傳輸質(zhì)量，必須在模擬量輸出端加上lc濾波電路，濾波電路的設(shè)計如圖6所示。圖6中上端濾波電路為rgb輸出使用，也可以為s端子的三線使用；圖6中下端濾波電路為水平和垂直信號使用。圖6中l(wèi)1和l2為100mhz/100ω的磁珠，磁珠和電阻電容組成π型帶通濾波網(wǎng)絡(luò)，第一個轉(zhuǎn)折頻率為1/2πrc，其中r為s1d13506的輸出電阻，c為圖6中c1或c3；第一個轉(zhuǎn)折頻率也為1/2πrc，其r為磁珠的阻值，根據(jù)頻率變化，c為圖6中c2或c4，圖6中2個二極管組成鉗位電路，保證電壓處于0－vcc之間。

4 s1d13506的軟件初始化

s1d13506的軟件初始化配置各種寄存器和編寫顏色表。下面詳細(xì)給出s1d13506的初始化步驟，該初始化通過配置s1d13506控制lcd在640×480分辨率、78hz刷新率、16位數(shù)據(jù)接口、256色8bpp、40mhz時鐘輸入、外接50ns的edo－dram和32ms刷新時鐘模式下工作。

1、設(shè)置寄存器01h為0x00；使能內(nèi)存/寄存器選擇位；設(shè)置寄存器01fch＝0x00；禁止顯示輸出。
2、設(shè)置寄存器04h和08h為0x00；設(shè)置gpio為輸入引腳。
3、設(shè)置寄存器010h、014h、018h和01ch分別為0x00、0x10、0x02；選擇clki為單一的40mhz主輸入時鐘，mclk和lcd pclk時鐘為clki的一半。
4、設(shè)置寄存器01eh為0x01；設(shè)置cpu等待狀態(tài)。
5、設(shè)置寄存器020h、021h、02ah和02bh分別為0x01、0x06、0x01和0x01；配置外接存儲器接口，寄存器020h表示外設(shè)為edo內(nèi)存，寄存器021h表示外設(shè)的刷新時鐘為32ms，寄存器02ah和2bh配置dram的讀寫時間。
6、配置lcd的類型和時間寄存器，根據(jù)刷新率配置水平和垂直掃描的時間；主要寄存器的設(shè)置為：寄存器30h、32h、34h、38h、39h和3ah分別為0x26、0x4f、0x1f、0xdf、0x01和0x2c，其他相關(guān)寄存器均為0。
7、配置lcd輸出的格式，包括存儲空間的起始地址以及fifo的初始值；設(shè)置寄存器40h、46h和47h分別為0x03、0x40和0x01，其他相關(guān)寄存器均為0。
8、設(shè)置寄存器01fch＝0x01；使能lcd顯示輸出，完成s1d13506的初始化工作。

5 小結(jié)

本文詳細(xì)介紹了基于omap5912和s1d13506的圖像控制卡的接口設(shè)計方法，使用omap5912的emifs接口連接s1d13506，實現(xiàn)圖像信號的傳輸。使用s1d13506可以實現(xiàn)液晶lcd和普通crt顯示器的驅(qū)動，系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)字電視，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便。由于采用具有dsp核的處理器，系統(tǒng)還可以方便的應(yīng)用各種數(shù)據(jù)信號處理算法。