基于Blackfin DSP的液晶接口设计

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摘要 ADI公司的Blackfin系列处理器具有强大数据处理和控制能力，在仪器控制、音视频处理等系统中应用广泛。在应用中显示输出是必要的，文中根据Blackfin DSP处理器的特点介绍了一种简单实用的液晶接口设计方法。
关键词 Blackfin；BF532；TFT LCD

    TFT LCD液晶显示器与数码管和点阵液晶相比具有体积小巧、控制简单、可以显示丰富多彩的图像视频信息。文中以ADSP_BF532为例介绍了一种Blackfin DSP处理器与TFT LCD液晶显示器的接口设计，在Blackfin DSP的系统设计中具有一定的参考价值。

1 Blackfin DSP处理器与TFT LCD液晶屏简介
    Blackfin DSP处理器是基于ADI公司和Intel公司联合开发的微信号架构(MSA)的一种16位定点DSP处理器，具有较强的数据处理能力，能够完成视频、图像、音频和通信数据的数字化处理等。同时还具有综合控制能力，单芯片即可完成通常由DSP+控制器完成的功能。Blackfin DSP处理器可广泛应用在各种嵌入式设备、仪器中，完成系统控制和数据处理。
    PPI(Parallel Port Interface)接口是Blackfin DSP处理器的并行数据接口，主要用于数据的高速传输。它包括16位数据线，3个同步信号和一个时钟信号。PPI接口直接与DMA通道整合，数据传输宽度可灵活配置，支持8位、10～16位等多种数据宽度。PPI的工作模式有两种：通用模式(GP模式)和ITU-656模式，其中通用模式下可方便地与数字液晶屏连接。
    Blaekfin DSP处理器的DMA传输可以是内部与外部存储器之间，也可以是内部或外部存储器与SPI口、SPORT口、UART口、PPI口之间。
    Blackfin DSP处理器的DMA传输可基于描述符配置，也可基于寄存器配置。基于描述符的DMA传输使用存放在存储器内的一组参数来初始化一个DMA传输。基于描述符的DMA传输允许多个DMA序列链接在一起，一个DMA传输完成后紧接着进行下一个DMA传输。基于寄存器的DMA传输允许处理器通过对控制寄存器编程来启动一个DMA传输。一次DMA传输完成后，可以用原来设置的值自动更新控制寄存器，连续传输数据。
    Blackfin DSP处理器支持二维DMA传输，特别适合于视频数据传输。二维DMA的相关控制寄存器如下：
    配置寄存器(DMAx_CONFIG／MDMA_yy_CONFIG)：设置二维DMA使能方式，中断产生方式。
    内部循环计数寄存器(DMAx_X_COUNT／MDMA_yy_X_COUNT)：保存二维DMA内层循环的数目(应≥2)。
    内层循环地址增量寄存器(DMAx_X_MODIFY／MDMA_yy_X_MODIFY)：保存每一次内层循环计数器加1后DMA操作地址在内存中的增量，此增量应该是二维DMA操作的数据单元长度的整数倍。
    外层循环计数寄存器(DMAx_Y_COUNT／MDMA_yy_Y_COUNT)：保存外层循环的数目。
    外层循环地址增量寄存器(DMAx_Y_MODIFY／MDMA_yy_Y_MODIFY)：保存每一次外层循环计数器加1后DMA操作地址在内存中的增量，可以是负值，此增量应该是二维DMA操作的数据单元长度的整数倍。
    AT070TN83 V．1是群创生产的一款数字液晶显示屏，屏幕尺寸为7英寸(17．78 cm)，分辨率800×480，23行消隐行。采用5 V(背光)和3．3 V(I／0)双电源供电。该液晶具有DE模式和HV模式，考虑Blackfin PPI的接口特点，本系统采用HV模式进行数据传输。
    液晶时序如图1和图2所示。




    图l和图2中相应的参数参照AT070TN83 V．1手册。液晶同步时序可以看做是满足一定要求的PWM波，可利用Blackfin DSP的定时器支持PWM输出的特性输出此信号。
                          
                       
                          
                               

2 系统总体设计
    该液晶屏的输入格式为RGB666格式，而ADSPBF532的PPI接口数据线只有16位，根据人眼的视觉特性(对绿色最敏感)，将红色和蓝色的最高位和最低位分别接在一起，其他数据线对应连接。
    液晶所需的同步信号HS和VS分别由ADSPBF532的定时器1和定时器2产生。通过配置ADSPBF532定时器的相关寄存器可以精确地控制输出PWM
波的有效沿，周期和占空比，完全匹配液晶时序。
    显示所用的时钟信号可以由外部的独立晶振产生，分别输入液晶和DSP的PPI口。也可以由DSP的输出时钟分频产生，再分别输入液晶和DSP的PPI口。本系统使用独立的25 MHz晶振将时钟信号直接输给液晶和PPI。
    该液晶内部没有显存，因此在使用时系统需要扩展SDRAM，在SDRAM中开辟一块区域作为显示缓存，将需要显示的数据写入缓存，再由DMA传送到PPI口进行显示。
    系统总体设计框图如图3所示。




    在外部25MHz时钟的驱动下DSP按照寄存器的配置输出相应的同步信号，同时将SDRAM对应区域中的数据从PPI口输出。

3 软件设计
    (1)显示缓存数据的存储。
    该液晶每行800点，每个点对应16位数据，因此每行需要800×2 bit。每屏需要525行，包括前消隐23行，中间480行有效数据，后消隐22行，因此开辟显示缓存大小为525×800×2 bit。为了操作方便，可定义一个二维数组，二维数组中的数据与TFTLCD上的点具有对应关系(数组中每两个字节对应LCD上的一个点)。由于需要将显示缓存定义在SDRAM中，因此在工程中需要添加ldf文件，将显示缓存指定存储在SDRAM中。
    缓存数组的定义如下
    section(“SDRAM0”)char DisplayBuffer[525][800*2]
    (2)定时器初始化。
    使用定时器1和定时器2分别作为行同步信号和场同步信号，根据液晶时序配置定时器寄存器，包括输出时钟周期，脉冲宽度，有效沿，PWM模式输出等。为了与液晶同步，使用PPI的输入时钟驱动定时器。
    Blackfin定时器寄存器设置如下




    (3)PPI初始化。
    使用通用模式(GP模式)输出数据，两个外部帧同步信号，PPI_FS1和PPI_FS2下降沿有效，PPI_DEIAY设置延时时钟个数(行同步变高到数据输出间的时钟个数)。
                          
                       
                          
                               
    Blackfin PPI寄存器设置如下
    * pPPI_DELAY=45；／／输出数据前的延时
    * pPPI_COUNT=800*2-1；／／每行传输字节数，比实际值小1
    注意：AT070TN83 V.1手册中给出的输出数据前的延时参数为40个时钟周期，但实际使用中发现设为40时屏幕显示图像左偏，说明延时不够，经试验应为45个时钟周期。
    (4)DMA初始化。
    使用PPI输出数据时必须使用DMA传输。采用寄存器配置模式，配置DMA传输的起始地址、传输的数据个数、地址增量和传输方式。本系统设置为二维传输方式，行地址增量设置为2(16位传输，2 bit)，纵向地址增量设置为2(上一行最后传输的地址与下一行起始地址差，2 bit)，DMA传输模式设置为自动缓冲模式。
    Blackfin DMA寄存器设置如下



    (5)主程序流程图，如图4所示。




    主程序中首先初始化DSP(包括SDRAM，EBIU等)，定时器，PPI寄存器和PPI DMA寄存器配置的先后顺序要求不是绝对的，但是PPI DMA和定时器的使能必须在最后，因为定时器使能后将触发DMA开始传输数据，所以必须在使能PPI DMA之后再使能定时器。需要改变显示内容时改变对应数组中数据即可。

4 结束语
    经调试，液晶正确显示，并且屏幕稳定无闪烁，成功应用在某仪器系统中。由于Blackfin系列处理器的内核都是相同的，接口操作类似，因此文中介绍的方法对Blackfin系列处理器的液晶接口设计具有参考价值。