基于Avalon总线的TFT LCD控制器设计

FIFO模块实现

FIFO的作用是对DMA输出的图像数据进行缓存，以匹配时序控制模块的输出速度。FIFO大小暂定为4096×16bit，在实际设计时，再根据系统需要以及资源状况做出适当调整。原则是，在系统资源允许的情况下，将FIFO大小尽量设置大点。

FIFO由DMA控制器写入数据，写入时钟为100MHz；由LCD控制器的时序发生模块读出数据，读出时钟为PCLK，即LCD的像素点扫描频率，通常取25MHz。在独立的写时钟和读时钟作用下，FIFO可以提供rdusedw[11:0]信号，用于指示FIFO中已经使用掉的容量。系统可以设置一个上限和一个下限，当FIFO中的数据量高于上限或低于下限时，控制器暂停DMA传输或启动DMA传输，用以保证系统性能。

在本例应用中，将wrclk接系统时钟(100MHz)，wrreq接master_readdatavalid，data接writedata，即可完成DMA的数据写入操作；将rdclk接12.5MHz(因为TFT的时钟为25MHz，数据宽度为16bit，而FIFO的宽度为32bit，所以用一半的时钟12.5MHz去读取FIFO，然后依次输出32bit的高16bit和低16bit)，rdreq由时序发生模块控制，即可在每个rdclk的上升沿读出一个数据到q。aclr接~reset_n，可以完成复位操作。当然，所有信号都受controller_GoBit的控制。

FIFO设计采用了Quartus II自带的fifo宏模块，自动生成所需要的模块，供调用。

LCD时序发生器设计模块实现

时序发生器用于产生TFT所需的时序，将图像数据按特定的时序输出。每种控制器的设计关键就是时序设计，本文专门针对三菱公司的AA084VC05液晶屏，图4，图5是其时序图。

LCD时序发生器以DCLK为时钟基准，该DCLK即上面所说的PCLK，也就是像点时钟，每个像素点的数据以该时钟驱动进入LCD。图4为AA084VC05的水平扫描时序，其中，DATA为18位数据信号(本设计中只用其中的16位)，DENA为数据有效信号，高电平使能，其有效宽度THA为640个DCLK；HD为水平同步信号，低电平有效，其有效宽度TWHL为96个DCLK。一行640个象素扫描完毕之后，控制器将驱动HD有效，在HD有效之前插入THFP(Horizontal Front Porch)为16个DCLK，有效之后插入THBP(Horizontal Back Porch)为144个DCLK，然后再开始下一行的扫描。如此一来，行扫描信号的频率FH典型值为31.5KHz。而读FIFO信号要提前DENA信号一个时钟节拍到来，提前一个时钟节拍结束，因为该FIFO有一个时钟节拍的延迟。

AA084VC05的垂直扫描时序与水平扫描时序类似，该时序以HD为时钟基准，其中，VD为垂直同步信号(帧同步)。每扫描完一帧(480行)，控制器将驱动VD有效(低电平)，有效宽度TWVL为2个HD。同样，在VD有效之前插入TVFP(Vertical Front Porch)为10个HD，有效之后插入TVBP(Vertical Back Porch)为35个HD，如此一来，垂直扫描信号频率FV的典型值为60Hz。

时序发生器采用状态机实现。由于该控制器的参数比较大，为了便于观察仿真结果，本文对这些参数做了一些处理(成倍减少)。

结语

本文设计实现了一个简单的基于Avalon总线的TFTLCD控制器，能实现640×480，颜色深度为16bit的彩色图形显示，可应用于各种TFT LCD，亦可改写为VGA控制器，有较大的灵活性。根据设计好的控制器编写了相应的Linux下的FrAME buffer驱动程序。很好的实现了界面环境的开发，可以用于很多手持设备的电子产品。该设计最大的特点是有很强的可移植性，不论是控制器的设计还是Frame buffer驱动程序的设计都很灵活。