基于SOPC适用于不同规格LCOS的控制器设计

图３　引脚信号的时序关系２。

３．２　参数确定

在设计通用分辨率的LCOS控制器之前，先要确定某些参数。这些参数包括LCOS的分辨率ｍ×ｎ，LCOS的灰度级２ｕ（一般情况下LCOS的灰度为２５６），LCOS显示器的刷新频率ａ Ｈｚ，信号CP的频率ｂ　ＭＨｚ等。这些参数由上位机通过串口发送到NIOSⅡ处理器中。根据这些参数，由NIOSⅡ计算得到如下关系：每一帧的周期为 103/a(ms)；每一行的周期为106a-1　n-1(us);将一行显示数据写入寄存器的时间为ｍ／ｂ （μｓ）；每一行的空时间[106a-1n-1]-[m/b]uｓ），这一项应当不小于０。依据计算后的数据和图２、图３所示的信号关系，使用定时器和脉宽调制器（ＰＷＭ）生成LCOS的逻辑控制信号。同样在NIOSⅡ中还要完成SRAM 内存的设计，内存的实现是依靠FPGA 中的逻辑门阵列来实现的。设计所遵循的原则是SRAM 的容量能至少装下完整的２帧数据，即２ｍ×ｎ×２u，一帧数据存储区用于当前显示，另一帧数据存储区同时接收下一帧要显示的数据，这样的策略虽然耗费了大量的逻辑门数量，却可以使低速的存储器和高速的LCOS显示器相匹配，同时更好地发挥USB的速度优势。

４　实例设计

在实际应用中，以256×256分辨率、２５６灰度级的LCOS为例来设计LCOS控制器。

首先根据已有的LCOS计算各种参数。对于256×256的LCOS，其刷新频率为２００Ｈｚ，时钟信号ＣＬＫＢ的频率为２０ＭＨｚ。因此，每一帧的周期为５ｍｓ，每一行的周期为１９．５３μｓ（相当于３９１个ＣＬＫＢ时钟周期时间），将一行显示数据写入寄存器的时间为１２．８μｓ（相当于２５６个ＣＬＫＢ时钟周期时间），每一行的空时间为６．７３μｓ（相当于１３５个ＣＬＫＢ时钟周期时间）。如果设计时发现每一行的空时间小于０，则要提高时钟信号ＣＬＫＢ的频率。

接下来是设计SRAM 存储器，SRAM 容量的设计原则是能装下完整的２帧数据，即２×256×256×２５６就能装下完整的２帧数据，但为了便于CPＵ还可以完成其他计算的需要，内存的设计要比２帧数据大一些，这里取３帧数据容量，同时设定固定的区域为显示缓冲区。

将USB的数据输入缓冲区同样设在该显示缓冲区域，这样通过USB端口输入的待显示数据直接存储在显示缓冲区域。

然后是将外部的LCOS显示器的数据输入端口作为NIOSⅡ处理器的Ｉ／Ｏ 映射地址，通过DMA处理，使NIOSⅡ内存的显示缓冲区以DMA的方式通过ＡＨＢ总线与LCOS显示器的数据输入端口直接输入。使用DMA和总线的好处是既简便快速，传输又很稳定。

在ＱｕａｒｔｕｓⅡ６．０环境下对NIOSⅡ控制器进行功能仿真测试，仿真的波形如图４所示。该控制器的时序信号符合设计要求。完成功能仿真后，经过综合生成门级网表，下载到ALTERA公司Ｃｙｃｌｏｎｅ系列ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８器件中。

NIOSⅡ控制器的功能仿真波形

图４　NIOSⅡ控制器的功能仿真波形。

５　结　　论

利用SOPC和USB设计了一种LCOS通用控制器。通常LCOS的价格较高且不能通用，利用本文的方法可以最大限度地降低材料成本和设计成本，并且可以根据应用的需要，通过发送不同的参数适应于不同的LCOS显示器。由于采用软核处理器，系统的稳定性稍差一些，并且PDIUSBD12的速度仅为１２ＭＢ／ｓ。为了提高系统的稳定性，可以使用ＡＲＭ９ 处理器；为了发挥USB２．０ 的全速４８０ ＭＢ／ｓ，可以使用新一代ＣＨ３７５USB控制器。这样就可以使LCOS通用控制器拥有更优秀的性能。