一种基于FPGA和DSP的图行显示控制系统设计

摘要 提出了一种基于DSP和FPGA的图行显示控制系统，以及系统各部分的设计方法和思想。硬件上充分利用DSP高速计算和FPGA并行处理特点;软件上给出了图形图像、汉字字符等的驱动函数。通过键盘输入和图形图像显示的功能，系统验证表明，系统可以满足图像、正弦波、三角波等较为复杂的动态图形的显示，效果良好。

关键词DSP;FPGA;图像显示控制

随着现代电子信息技术的发展，人机交互、图形图像数据的输出显示在系统设计中越来越重要，一方面要求各种参数的输入，另一方面要求将数据结构显示出来。文中设计的基于DSP和FPGA的系统结构，实现了人机交互和各种图形图像的输出显示，而且可以达到动态显示的效果。在设计上采用了软件填充的图形设计方法，先由DSP生成全局数据缓冲区，填充要绘制的图形，之后通过DSP的EDMA传递给FPGA，FPGA实现显示屏的接口不断扫描，将数据送到显示屏显示。同时FPGA连接键盘接口，通过扫描法扫描键值，之后通过中断方式送到DSP，使DSP对各种输入进行控制。整个系统的结构图如图1所示。

1 系统功能

为实现显示系统的基本功能，系统要求实现人机交互，通过键盘输入各种键值，选择或输入各种参数，因此设计了6×6的矩阵键盘，可以输入26个英文字母和0～9共10个数字，键盘的接口连在FPGA上，FPGA将扫描到的键值以中断方式送到DSP，DSP根据输入的参数进行处理。

对于显示部分，系统要求提供各种驱动函数，可以实现画点、画线、画方框、画矩形、填充矩形、画椭圆、填充椭圆、画圆、填充圆、显示汉字、数字、英文字符以及图标Logo等功能，在这些基本画图函数的基础上可以实现各种复杂图形的显示。

总的实现方式是在DSP内部开辟一缓冲数据区，DSP将要输出的图形数据填充至数据缓冲区，需要显示时，DSP启动EDMA，通过总线将缓冲区的数据送至FPGA，在FPGA内开辟一双口RAM，一端接收DSP传输的缓冲区的数据，保存在双口RAM中，另一端将双口RAM中保存的缓冲区数据读出，以不断扫描的方式按照显示屏的时序将数据显示在显示屏上。

2 系统硬件设计

DSP具有高速处理的特点，运算速度快、FPGA并行处理能力强，常用于设计一些接口。DSP和FPGA相互结合的结构，能充分发挥二者的优点，选用各种复杂的系统。

显示控制系统采用的DSP是TI公司的，它是TI公司推出的一款高性能的数字信号处理器。FPGA采用的是Altera公司Cyclone系列的一款芯片EP3C78017，这是一款高性价比的FPGA芯片。FPGA和DSP通过DSP的外部总线接口EMIF连接。为便于系统的扩张，将FPGA映射在DSP的CE2和CE3的地址空间，对应的存储器映射地址分别为0xA0000000和0xB0000000。

由于要加载字库，系统需要大容量的数据存储器来存储字库数据和数据缓冲区，而DSP的内部RAM只有不到200 kB，因此需要扩展系统的数据存储器。系统外挂了一个SDRAM，它依然通过DSP的EMIF接口和DSP相连接，连接在DSP的CE0空间，对应的存储器映射地址为0x80000000，SDRAM的型号为MT48LC2M32BTG。

显示屏是640×480点阵的EL LCD宽温显示屏，其上下半屏同时扫描的双扫描单色显示屏，由于宽温特性，多用在工业和军事中，型号是EL640.480 AF1 ET。