基于AHB接口的高性能LCD控制器IP设计

本文将说明高性能LCD控制器IP的模块化设计概念(如图一)。FTLCDC200 通过SDRAM控制器跟SoC内部总线通信，控制器把图像数据从SDRAM读到TFT显示屏。CPU来控制整个系统的初始化与数据的流向，包括每个控制器内部的配置寄存器、更新SDRAM中帧缓存区的内容。通过传递辅助端口输出的数据流，这套系统还可以为电视相关的终端提供视频信号，这需要另外搭配TV 编码器与三通道视频DAC才能实现与TV的连接。
　　
AHB 接口模块的设计概念

AHB 接口可以分为两个部分：一个是AHB 从接口，另一个是AHB 主接口。AHB 从接口连接FTLCD200和AMBA AHB总线，并且允许系统中的AHB主接口的读写访问，此时AHB只能进行OK的响应和字（WORD）位宽的传输。AHB 主接口可以把帧缓冲区中的图像数据取出后放入到LCD控制器的FIFO中。AHB接口可以处理长度不确定的字符串，也能够在处理出错的时候发出主接口出错断言。当一个重试的应答收到后，第二次操作将开始被处理。

FIFO控制器和FIFO模块的设计概念

数据被AHB主接口从外都存储器读取后会被放入FIFO。除了YCbCr420模式下，其他模式都只需要一个控制器/FIFO。Y、Cb、Cr需要有三个单独的通道，因为每一个会放于不同的存储单元。FIFO为32-bit位宽，深度则是可配置的。FIFO的输入端连接在AHB 主接口的输出端；FIFO的输出端则被连接到了像素数据解包控制器。如果总线不能提供给像素流足够的带宽，那么一些图像就会出现失真现象。因此，FIFO控制器会提供一个称为“欠运行中断”的信号，来通知微控制器解决总线阻塞的问题。

图1 FTLCDC200的模组化方块图

像素数据解包

存储在FIFO中的数据都是32-bit，但可以按照不同的格式打包，如24位、16位、8位、4位、2位和1位，这取决于像素格式的设定。当处于YCbCr420 和YcbCr422模式，像素格式是预先设定的且不能修改。根据操作模式，像素数据可以被用来对调色板RAM区进行寻址，或者构成初始的色彩值而被直接应用到LCD的面板上。下面的表格有一个例子来描述数据包的格式。FLCD200 提供了1位, 2位, 4位, 8位, 16位, 和24位BPP(每像素比特数)，并且支持以下几种格式：大端（也称为大尾）字节和大端像素、小端（也称为小尾）字节和大端像素、小端字节和小端像素。

数据模式

一、原始的RGB模式

这种模式下有两个类型：16bpp和24bpp，每一种都适用于初始数据RGB模式。数据流不需要任何处理，但必须根据不同的LCD面板的分辨率进行排序。

二、 YCbCr422模式

该模式中只允许16bpp。

三、 YCbCr420模式

该模式中只允许8bpp。Y，Cb，Cr每个分量都被放到单独的存储单元中。这三个图像帧缓冲区的基地址在寄存器中都可以单独配置。当YCbCr420数据从各自的FIFO中被读出后，必须在行数据消失之前生成色度值。行缓冲器里面存储着以前的数据，经过垂直插值后，可以得到缺失的色度值。这样就可以把YCbCr420转换成YCbCr422，然后输出数据流，进行下一步的处理。

四、 RGB调色板模式

为了加强应用的灵活性，本控制器提供了“重新映射”的操作模式。该技术可以让我们能够在色彩的丰富度和存储器带宽两个选择之间进行切换。有四种类型可以选择：8、4、2、1bpp。调色板存储器里面存储着一个查找表，用来重新生成所需要的RGB各个分量。因为物理上它的容量为128x32位，因此调色板存储器最多可以保留256x16位的色彩值。从输入FIFO而来的像素数据被用来对一个独立的调色板单元进行寻址。1位像素数据可以寻址到最前端的两个存储空间，2位的像素数据可以寻址最前端的4个存储空间，4位的可以寻到最前端的16个存储空间。8位的可以寻遍整个256个存储空间。在16位和24位的模式下调色板存储器不被使用，通过配置可以把它去除以减小硬件开销。

颜色管理

颜色管理模块完成图像增强功能，它可以使图像看起来更清晰，该模块的主要功能如下：

1、对比度控制

该功能可以使图像亮的区域更亮，暗的区域更暗。该模块通过选出屏幕上需要处理区域的颜色，然后进行对比度计算后，再显示在屏幕上，来实现整个对比度处理过程。

2、亮度控制

整个屏幕对被调节得更亮或者更暗。

3、锐化

锐化能够画面的边缘更加清晰。

4、色调和饱和度

FTLCDC200能提供更大的灵活性，让用户根据自己的爱好来调节图像的色调和饱和度。

5、伽玛校正

伽玛校正模块通过对伽玛曲线的修正来完成对TFT 液晶面板特性的补偿。三通道的伽玛校正能够对RGB的三种颜色单独进行调整。

6、抖动控制

当像素为8位深度时，而每个颜色分量的解析度却有6位或者5位的时候，可配置的抖动控制可以使图像看起来更加平滑。

图像控制

一、画中画（PIP）

FTLCDC200能够支持两个PIP画面。加上主画面，在一块显示面板上用户最多可以看到三个画面。PIP画面的尺寸最大能够放大到主画面的大小。一个4位的可配置透明度控制使得三个画面可以更加容易的重叠（overlay）。当透明功能被启用，直接存储器访问（DMA）必须读入所有需要进行重叠的像素。AHB的带宽就是三个画面所有像素的总和。当PIP启动，所有的画面只能为以下的某种格式：RGB888, RGB565, RGB555, RGB444, 或者YCbCr422.

FTLCDC200的带宽需求能够用以下的公式来计算(除了PIP之外的任何功能) :

水平输入分辨率x垂直输入分辨率x帧刷新率x bpp x 1.2 (仲裁) / 带宽当使用PIP功能, 带宽的评估如下:

imag0的带宽+image1的带宽+img2的带宽

二、多画面（POP）

FTLCDC200能够合并四个四分之一大小的画面到一个屏幕上。其中每个画面的大小都被限制在四分之一屏幕大小。四画面的每一个图像通道，FTLCDC200都能够把原图像进行“1/2 X 1/2”的图像缩小。当POP模式启动后，所有的四个画面都只能是以下的某种格式：RGB888, RGB565, RGB555, RGB444或YCbCr422。事实上在PIP或POP模式下，所用到的图像格式必须是同一种，而且必须是RGB888, RGB565, RGB555, RGB444或 YCbCr422里面的一种。

１．要实现PIP功能（２幅图），不能１幅RGB888，另外１幅是YCbCr422模式。

２．要实现PIP或POP模式，不能输入YUV420格式的图像。

复杂OSD模块的设计概念

一、 OSD ROM/RAM 接口

该模块包含了一些多路选择器，他会从OSD控制单元模块输出ROM/RAM的地址总线。目前OSD能够支持的字符存储容量为512个，每一个由12位组成。OSD的属性随机存储器也支持512个字符的容量，不同的是每一个由18位组成。

二、 OSD 控制单元

该模块是OSD的核心单元。它包含像素/行计数器、OSD窗口地址控制、两个有限状态机——用来控制对字符和属性存储器的访问。

三、 OSD 混效器

该模块的作用是计算OSD字符或者某些窗口特殊操作，譬如OSD窗口透明、字符缩放、字符加边框/阴影和窗口加边框/阴影特效。出现这些操作时，有标志位会注明当前使用的窗口、窗口特效、字符和字符特效中的哪些指令，OSD 混效器会根据这标志来选择合适的调色板。

四、 OSD 调色板

根据寄存器的设置，OSD 调色板模块输出经过映射后的前景色、背景色、窗口边框色、窗口阴影色、字符边框色、字符阴影色。

特别强调这里的简单?OSD 功能只支持一层重叠。复杂OSD 功能可以支持四层OSD 并且可以配置层数。