用FPGA实现DSP与液晶显示器的快速接口

　　随着器件集成工艺的发展和Soc器件的出现,现在的数字系统正在越来越多地采用可编程器件设计。这样,不仅开发周期短,而且在价格和使用难易度上也显示了很大的优势。更为重要的是,还能利用器件的现场可编程特性,根据应用的要求对器件进行动态配置,简便易行地完成功能的添加或变化。

　　在高速的数字信号处理系统中,要涉及到大量的计算,为了提高运算速度,正大量使用DSP器件。目前的可编程器件,其时钟频率可以很高,在高速数字信号处理系统中将发挥越来越大的作用。因此,DSP+FPGA的方案正越来越多地被电子工程师们采用。

　　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是被大量采用的显示器件。由于LCD是典型的慢速设备（相对于DSP来讲）,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。

　　1 DSP和LCD的时序

　　TI公司是DSP在全球的主要供应商,其低价位的TMS320VC54x系列DSP深受广大电子工程师的青睐。下面以TMS320VC5416为例介绍DSP的时序。TMS320VC5416将寻址范围分为存储器空间、程序空间和I/O空间。其中,对I/O空间的操作由地址线、数据线和三根信号线IOSTRB、R/W和IS来完成,其时序图如图1所示。

　　读操作和写操作由R/W信号线上的高低电平决定。如果不采用外部插入等待周期的方法,仅靠内部的等待周期设置寄存器,访问外部I/O空间时最多可以插入14个等待周期。如果DSP运行在100MHz的主频上（实际上TMS320VC16可以运行在最高160MHz的主频上）,也只有0.14μs。这对于LCD来说来远远不够的。

　　常见的192×64点阵的LCD（FM19264）实际上是由3块独立的64×64点阵LCD构成的,共享地址线和数据线,可由CS1、CS2和CS3分别选中。每小块LCD都有各自独立的指令寄存器和数据寄存器,由控制线D/I上的高低电平选择。数据的锁存或出现在数据线上由E信号决定。LCD主要控制管脚的功能如表1所示。对LCD写操作的时序图如图2所示。LCD的每次读写操作最少要1μs。如果能使DSP对LCD的访问象对高速设备访问一样,就能够最大限度地减小DSP资源的浪费,并且能够减少系统的复杂性,这就需要在FPGA中添加一个DSP与LCD之间的高速双向通道。