基于ＮＩＯＳⅡ的液晶顯示器控制研究

摘 要：NIOSⅡ嵌入式處理器以其設計靈活在嵌入式領域中得到廣泛應用。著重介紹嵌入式系統中的液晶顯示屏模塊。比較NIOSⅡ與ARM嵌入式處理器的特點，以SED1520為例，闡述一種基于NIOSⅡ的液晶顯示屏的軟硬件控制方法，給出硬件原理圖與部分軟件代碼。該方案能夠有效地實現LCD的顯示。對于嵌入式系統其他模塊的開發具有借鑒意義。

關鍵詞：NIOSⅡ；LCD嵌入式處理器；FPGA

中圖分類號：TP39

文獻標識碼：A

文章編號：1004—373X(2008)04—024—02

隨著科學技術的發展和人民生活水平的提高，人們對嵌入式產品的需求也越來越高。液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優點，近幾年來被廣泛用于智能儀器、儀表和低功耗電子產品中。本文介紹一種基于NIOSⅡ的LCD的控制方法。利用SoPC技術，在NIOSⅡ系統中添加相應的Ⅰ／O端口實現對液晶顯示器的控制。

1 NIOSⅡ嵌入式軟核處理器

NIOSⅡ是Altera公司在NIOS的基礎上，于2004年發布的嵌入式軟核處理器。所謂軟核，是指用HDL文本形式提交給用戶，他經過RTL級設計優化和功能驗證，但其中不含任何具體的物理信息。NIOSⅡ是采用流水線技術和哈佛結構的通用RISC(Refined Instruction Set Com—puter，精簡指令集計算機)。一個NIOSⅡ處理器系統由NIOSⅡCPU和一系列的外設組成。NIOSⅡ系統包括NIOSⅡCPU、片內外設、片內存儲器和片外外設，他們的接口都在Altera公司的芯片上實現。相當于在單片機實現1臺計算機或1個微控制器。所有的NIOSⅡ處理器系統使用統一的指令集和編程方式。NIOSⅡ的處理器實例如圖1所示。

ARM是常用的嵌入式處理器之一。在設計SoC時，常把ARM作為硬核植入到FPGA中。硬核具有成本低、速度快等優點。但是將IP硬核直接植入FPGA的解決方案存在以下不足：由于硬核是預先植入的，設計者無法根據實際需要改變處理器的結構；無法根據實際設計需要在同一FPGA中集成多個處理器；無法根據需要裁減處理器硬件資源以降低FPGA成本等。

利用軟核處理器，能有效地彌補上述不足。在NIOSⅡ中還可以添加用戶自定義的指令。在開發工具的完備性方面NIOSⅡ也具有很大的優勢。Altera不僅提供強大的HAL系統庫支持，還提供嵌入式操作系統核TCP／IP協議棧的支持。

2 液晶屏控制器的選擇

SEDl520系列是日本Seiko Epson公司出品的將行、列驅動器和控制器集成在一起的控制器。在小規模圖形液晶顯示模塊上使用SEDl520液晶顯示驅動控制器，組成顯示驅動和控制系統是低成本、低功耗、高集成的最佳選擇。

3 LCD的硬件設計

一般來說，對于不太復雜的系統，把外部設備看作普通PIO是比較簡單的方法。首先在QUARTUSⅡ軟件中的SoPC BUILDER中添加1個8位的lcd_data[7.0]，4個1位的lcD_cd，lcd_ee，lcd_rd，lcD_wr。再設置lcd_data的屬性為雙向三態“Tri_state”，其他4個信號的屬性設為“Out—put onl”。lccL_data[7.0]為數據位，傳輸數據；Icd_cd為命令、數據使能信號，當lcd_cd為高電平時數據線上傳輸命令，當lcd_cd為低電平時數據線上傳輸數據；lcd_ce為片選信號，低電平有效；lcd_rd為讀使能，低電平有效；lcd_wr為寫使能，低電平有效。NIOSⅡ和LCD模塊的接口電路如圖2所示。圖2中LCD硬件原理備注：讀狀態字的代碼中，D7對應BUSY，D7=1為忙，D7=0為準備好；D6對應ADC，D6＝1為反向方式，D6＝0為正常方式；D5對應當前顯示狀態，D5=1為關顯示，D5=0為開顯示；D4對應復位信號，D4=1為執行復位，134=0為正常操作。

4 LCD的軟件設計

由于所有在LCD屏幕上顯示的數據，不論是文本方式，還是圖形方式，都存放在外部的顯示存儲器中所以在軟件設計時，NIOSⅡ處理器只要將指令直接送至LCD的外部顯示存儲區，控制器就可以控制液晶屏顯示用戶所需要的數據及其顯示方式。下面以寫單參數命令子程序和寫數據子程序為例，介紹軟件設計過程：

5 結 語

本文闡述基于NIOSⅡ嵌入式處理器控制液晶顯示器的硬件設計方案和軟件設計方法。通過該設計，充分體現出NIOSⅡ嵌入式處理器在設計中的靈活性，更好地節約了成本。