DSP－OMAP5912的图像控制器接口技术

引言

二维图像控制器的接口设计一直是平面显示器的重要组成部分之一。尤其是随着数字电视和高清电视的发展，其应用越来越广泛，对于2维图像控制器的控制也是平面显示技术的重点，一般采用微处理器控制图像控制器，nec、motorola和philips均有专用的微处理器，可以方便的与图像控制器进行连接。近年来，随着数字信号处理器（dsp）和嵌入式系统的飞速发展，使得数字信号处理器和图像控制器的连接十分方便，同时dsp是一种通用处理器，可以通过修改软件和配置不同的硬件来满足各种场合需要，实现定制平面显示的需求。

本文介绍ti公司的嵌入式dsp－omap5912和2维图像控制器的连接。dsp可以直接采集图像信号或者从其他设备接收图像信号，并对图像信号处理后，通过2维图像控制器传输到显示器，驱动显示图像。本文着重于介绍dsp和图像控制器，以及图像控制器和显示器的连接。

1 图像控制器

图像控制器采用epson公司的s1d13506芯片实现。s1d13506是epson公司推出的彩色lcd/crt/tv图像控制器，其主要特性有：具有较低的功耗和极低的工作电压，可以满足移动多媒体、手持设备的图像控制；在16bpp下达到800×600的分辨率；支持tet/d－tft显示，在18位tft下有64k真彩色；支持ntsc和pal两种tv输出方式，支持位块传输。

s1d13506的内部功能如图1所示，从图1中可以看出，s1d13506的内部结构主要围绕2d图像驱动模块组成，对上层微处理器有主机接口模块负责和cpu的接口，同时有多媒体卡接口负责和数码相机的接口。2d模块对下层显示器有两条通道，一条负责和lcd液晶显示器连接，由lcd管道（pipeline）、lcd发射器和lcd接口组成，另外一条负责和crt/tv普通显示器的连接，由crt/tv管道，crt/tv发射器，crt/tv编码、合成器以及数模转换器dac组成。为了加快图像处理的速度，2d模块还带有mem控制器，通过该控制器可以外接dram，增大显存空间。

2 系统硬件结构

整个系统由dsp、s1d13506、键盘鼠标、pc机接口、usb设备接口，jtag仿真口以及flash组成，其硬件连接如图2所示。图2中，dsp是核心控制单元，本系统采用omap5912芯片，该dsp是ti公司推出的嵌入式dsp，具有双处理器结构，片内集成arm和dsp处理器，arm为基于arm9核的ti925t处理器，用于控制外围设备，dsp用于数据处理，omap5912中的dsp是基于tms320c55x核的处理器，提供1个40位和1个16位的算术逻辑单元（alu）。由于dsp采用了双alu结构，大部分指令可以并行运行，其工作频率达到150mhz，并且功耗更低。c55和arm可以联合仿真，也可以单独仿真，如图2中的2个jtag仿真接口。

图2中s1d13506负责图像信号的传输，驱动显示器显示图像；dsp使用emiff快速外设接口连接rt8019，最终连接到以太网，由于omap5912具有嵌入式arm核，可以对系统配置专门的ip地址，直接从互联网上访问系统；系统中的键盘和鼠标用于人机接口，用于命令的输入控制；flash保存dsp所需要的程序，供dsp上电调用；dsp还提供hpi口，该接口可以和计算机连接，可以下载计算机中的文件并通过s1d13506播放。系统还配有usb接口，可以和usb设备进行数据通信。
3 s1d13506的硬件接口设计
s1d13506和omap5912的连接是系统硬件连接的关键，其具体连接如图3所示，使用omap5912的emifs接口连接s1d13506。emifs是omap5912的慢速外部存储器接口（external memory interface slow），可以方便的和外部flash、异步sram等设备连接。本系统的s1d13506模块传输图像信号，每秒传输24帧800×600分辨率的图像，传输速率只需要11.53mbit/s，omap5912的emifs接口适合满足其速度要求。

s1d13506和omap5912的emifs连接，s1d13506做为omap5912的外部16位从异步设备，由于omap5912的内部数据总线度为32位，而s1d13506的数据总线宽度为16位。为此，omap5912只在低16位发送数据。此外，omap5912使用通用i/o引脚控制s1d13506的复位信号，当连续多次未收到s1d13506的响应信号时，omap5912可以软件复位s1d13506，从而避免通信的死锁现象。
s1d13506和外扩的dram以及显示器的连接如图4所示。图4中，clk1为33.333mhz时钟，clk2在ntsc模式下为14.31818mhz时钟，pal模式下为17.734475mhz时钟，bclk为80mhz时钟，通过这3个外部时钟，s1d13506对这些时钟进行分频、倍频以及两者的组合，最终提供各种显示器需要的4个时钟信号，分别为主时钟、lcd时钟、crt/tv时钟以及多媒体卡时钟。不同的显示器对这些时钟最终频率的要求不同，均可以通过s1d13506的内部寄存器进行设置。

s1d13506和crt/tv有两种连接方式，图4中右上为s端子接口，s1d13506只需要将亮度、对比度和色饱和度输出即可。图4中右下为普通crt电视接口，s1d13506输出red、green、blue以及水平和垂直信号即可。s1d13506和lcd的连接如图5所示，lcd显示器为数字接口，s1d13506必须提供数字接口，图5所示是和16位单lcd显示器接口，此外还有4位单lcd、8位单lcd、8位双lcd、9位tft、16位单lcd、16位双lcd以及12位tft接口，这些接口方式和图5的连接方式略有区别，主要在于数据信号的连接不同，此外，s1d13506还提供移位信号、帧信号和线信号到lcd显示器。

s1d13506和crt/tv的连接属于模拟信号传输，为了提高图像信号的传输质量，必须在模拟量输出端加上lc滤波电路，滤波电路的设计如图6所示。图6中上端滤波电路为rgb输出使用，也可以为s端子的三线使用；图6中下端滤波电路为水平和垂直信号使用。图6中l1和l2为100mhz/100ω的磁珠，磁珠和电阻电容组成π型带通滤波网络，第一个转折频率为1/2πrc，其中r为s1d13506的输出电阻，c为图6中c1或c3；第一个转折频率也为1/2πrc，其r为磁珠的阻值，根据频率变化，c为图6中c2或c4，图6中2个二极管组成钳位电路，保证电压处于0－vcc之间。

4 s1d13506的软件初始化

s1d13506的软件初始化配置各种寄存器和编写颜色表。下面详细给出s1d13506的初始化步骤，该初始化通过配置s1d13506控制lcd在640×480分辨率、78hz刷新率、16位数据接口、256色8bpp、40mhz时钟输入、外接50ns的edo－dram和32ms刷新时钟模式下工作。

1、设置寄存器01h为0x00；使能内存/寄存器选择位；设置寄存器01fch＝0x00；禁止显示输出。
2、设置寄存器04h和08h为0x00；设置gpio为输入引脚。
3、设置寄存器010h、014h、018h和01ch分别为0x00、0x10、0x02；选择clki为单一的40mhz主输入时钟，mclk和lcd pclk时钟为clki的一半。
4、设置寄存器01eh为0x01；设置cpu等待状态。
5、设置寄存器020h、021h、02ah和02bh分别为0x01、0x06、0x01和0x01；配置外接存储器接口，寄存器020h表示外设为edo内存，寄存器021h表示外设的刷新时钟为32ms，寄存器02ah和2bh配置dram的读写时间。
6、配置lcd的类型和时间寄存器，根据刷新率配置水平和垂直扫描的时间；主要寄存器的设置为：寄存器30h、32h、34h、38h、39h和3ah分别为0x26、0x4f、0x1f、0xdf、0x01和0x2c，其他相关寄存器均为0。
7、配置lcd输出的格式，包括存储空间的起始地址以及fifo的初始值；设置寄存器40h、46h和47h分别为0x03、0x40和0x01，其他相关寄存器均为0。
8、设置寄存器01fch＝0x01；使能lcd显示输出，完成s1d13506的初始化工作。

5 小结

本文详细介绍了基于omap5912和s1d13506的图像控制卡的接口设计方法，使用omap5912的emifs接口连接s1d13506，实现图像信号的传输。使用s1d13506可以实现液晶lcd和普通crt显示器的驱动，系统可以实现数字电视，整个系统结构简单，实现方便。由于采用具有dsp核的处理器，系统还可以方便的应用各种数据信号处理算法。