基于嵌入式系統的雙屏兼容顯示設計

陳涵深，姚明海，張建方

（浙江工業大學 信息工程學院，浙江 杭州 310015）

0 引言

近些年來，隨著光電技術和嵌入式技術的快速發展，液晶顯示模塊已廣泛應用于不同場合，同時顯示效果較好的TFT-LCD已越來越多被采用，但對于價格敏感的低端產品或在一些特殊場合，由于STN-LCD[1]和TFT-LCD[2]價格相差較大，所以還在大量使用單色或灰度液晶屏，許多企業往往不得不開發2套軟硬件平臺，分別用于不同價格和檔次的同類產品。考慮到目前許多嵌入式芯片往往集成了LCD控制器，市售的LCD控制模塊一般都同時支持STN-LCD和TFT-LCD顯示，在軟硬件設計上同時支持兩種類型的液晶屏，將大大提高開發效能和方便生產管理。本文以嵌入式ARM為硬件平臺，提出了同時兼容STN-LCD和TFT-LCD兩類液晶屏的通用軟硬件設計方案，在硬件上采用一個跳線，軟件上采用同一個程序來實現兩種不同類型的液晶屏兼容顯示。

1 系統硬件設計

1.1 LPC2478芯片簡介

本文選擇高性能的32位NXP公司LPC2478 ARM7作為主控芯片。LPC2478處理器是一款具有極高集成度并以ARM7TDMI-S為內核的微控制器，支持實時仿真和嵌入式跟蹤，處理器時鐘高達72 MHz。片內集成資源豐富，該芯片的成本和功耗都比較低。所有的這些特性使LPC2478系列ARM特別適用于工業控制和醫療系統方面[3]。

LPC2478片內集成LCD控制器，直接為多種彩色和單色LCD顯示屏的接口提供了所有必需的控制信號。顯示分辨力最高支持1 024×768。LCD控制器用于將像素編碼數據轉換成所需格式，并產生相應的時序以驅動各種單屏或雙屏的單色和彩色LCD顯示屏。該LCD控制還具有兩個獨立的DMA FIFO緩存器，采用了DMA FIFO后，SDRAM中的幀緩存中的圖像數據以DMA方式傳輸到LCD控制器數據緩沖器FIFO，不占用系統總線時間[4]。

1.2 兩款液晶器件介紹

單色STN-LCD選用夏普LM057QB1T07，它是一款5.7 in的藍底白字的STN液晶屏，分辨力為320×240，亮度是400 cd/m2，背光為LED，接口類型為FFC[5]。TFT-LCD選用夏普LQ057Q3DC12，它是一款5.7 in的QVGA TFT液晶顯示器件，分辨力為320×240，色彩為26萬色，亮度是500 cd/m2，背光為1×CCFL燈管，接口類型為TTL[6]。

1.3 硬件結構框圖

液晶屏硬件接口部分原理如圖1所示，液晶模塊驅動器采用LPC2478內部自帶的LCD控制器。J1為單色STN-LCD LM057QB1T07接口，J2為TFT-LCD LQ057Q3DC12接口。

以字符“LCD”開頭的管腳標號均為LPC2478的液晶控制腳，并可通過設置寄存器來使每個引腳工作在不同的方式，以便適用于不同類型的LCD顯示屏。升壓電路采用MAX629芯片及其外圍元器件組成，輸出16～32 V的正電壓作為單色STN-LCD的顯示驅動電源電路。因LQ057Q3DC12內部帶有顯示驅動電源電路，所以TFT-LCD無須外加該電路。電阻R1為液晶顯示程序的跳線電阻，連接到LPC2478的P2_15腳。不焊上R1時，P2_15口為低電平，電路為單色STN-LCD顯示方式；焊上R1時，P2_15口為高電平，電路為TFT-LCD顯示方式。

2 圖形用戶界面（GUI）軟件設計

本文軟件的開發環境為RealView MDK-ARM 4.14，在圖形用戶界面程序設計開發上，充分考慮其通用性和可移植性，使用C語言和部分匯編語言編寫。

從圖2中可以看出，只要在GUI底層做一些修改和應用程序中定義使用的顏色值，就能實現一個代碼工程兼容雙屏顯示功能，詳見如下說明。

2.1 液晶選擇檢測初始化代碼

ColorDispEn位變量表示當前液晶選擇狀態。開機上電后，需檢測液晶跳線腳的電平，如果是高電平，表示為TFT-LCD顯示方式，使ColorDispEn置位；如果是低電平，表示為單色STN-LCD顯示方式，ColorDispEn清零。程序段如下：

2.2 雙屏兼容底層驅動代碼

因兩款液晶顯示器像素都為320×240,所以像素定義如下：

液晶顯示緩沖區定義成一個二維數組。對于單色STN屏，每個點像素只對應1 bit；對于16 bit的TFT屏，每個點像素對應于2 byte。所以緩沖區定義如下：

在顏色的處理上，對于不同的液晶顯示模塊，定義不同的顏色數據類型TCOLOR。考慮到程序的通用性和芯片存儲空間的有限，筆者設置LQ057Q3DC12工作在16 bit/pixel（比特/像素），5∶6∶5 RGB色彩模式，所以定義為無符號的16位數。

2.3 中間層及應用軟件開發

在人機界面的中間層和應用軟件設計上，均按彩色界面方式進行程序編寫，但為了在單色顯示時能區分開前景和背景的不同，彩色顯示時又不影響顯示效果，需要把用到的所有前景顏色值定義到DispColorUsed[]數組，把背景顏色值定義到BakColorUsed[]數組，并做一定的計算后存放在BakColor[]數組中，具體計算流程如圖3所示。

具體思路如下：如果有背景顏色與某前景顏色相同，G分量值為零，則把對應的背景顏色G分量值加1；如果G分量值大于零，則減1。筆者用GetBkColor（）函數來計算當前的背景值,用InitBakColor（）函數來初始化Bak?Color[]數組。

3 測試及實現

筆者參考μC/GUI[8]的設計，再移植了部分ZLG/GUI代碼，開發了自己的輕量級CH/GUI代碼庫，能很好地支持雙屏兼容顯示。以下為各種文本、圖形的測試代碼和顯示效果（見圖4）。

顯示效果如圖4所示，圖4左邊為沒有焊R1的STN-LCD LM057QB1T07顯示效果，右邊為焊上R1后的TFT-LCD LQ057Q3DC12顯示效果，結果令人滿意。

考慮到兼容雙屏顯示處理會占用一定的系統資源，筆者在RealView MDK-ARM軟件，LPC2478主頻72 MHz的仿真條件下，對測試代碼的CPU運行時間進行測試，結果如表1所示。

表1 2種方法的CPU運行時間對比

測試結果證明，雙屏兼容顯示會占用一定的CPU時間，但考慮當前CPU的運行速度，實際影響效果是有限的，符合一般場合的應用。筆者已在此平臺上為客戶開發了一種人機界面控制系統，在系統中實現了文本、圖形和選單等顯示功能，效果如圖5所示。

4 結論

通過LPC2478芯片、LM057QB1T07和LM057QB1T07相互結合的應用實例，驗證了其方法的可行性。本文設計方法已經成功應用于某廣播電視設備廠家的人機界面控制系統中，根據客戶的需求，一套軟硬件平臺就可裝配兩種不同的液晶顯示屏，系統工作可靠，顯示效果令人滿意。另外，該方法也適合不同的軟硬件平臺，只需對其作稍微的修改，即可實現不同規格的雙屏或多屏之間的兼容顯示，因此本方案具有一定的實際應用價值。

[1]吳騰奇.黑白液晶顯示技術[J].電視技術，1997，21（9）：78-79.

[2]周咸春，梁維銘.大尺寸TFT-LCD驅動芯片分析與展望[J].電視技術，2006，30（10）：33-35.

[3]NXP Semiconductors.LPC24××user manual[EB/OL].[2011-04-03].http：//www.nxp.com/#/pip/pip=[pip=LPC2478]|pp=[t=pip，i=LPC2478]：3-4.

[4]李俊，張團善.LPC2478彩色模擬TFT-LCD的顯示驅動設計[J].液晶顯示，2010（8）：35-36.

[5]SHARP Corporation.LM057QB1T07 LCD specification[EB/OL].[2011-04-03].http：//www.sharpsma.com/Page.aspx/americas/en/part/LM057 QB1T07/：5-6.

[6]SHARP Corporation.LQ057Q3DC12 LCD specification[EB/OL].[2011-04-10].http：//www.sharpsma.com/Page.aspx/americas/en/part/LQ057Q 3DC12/：2.

[7]ARM Ltd and ARM Germany GmbH.ARM development tools help files[EB/OL].[2011-04-12].https：//www.keil.com/cmsis/download/.

[8]Micrium Technologies Corporation.μC/GUI User manual[EB/OL].[2011-04-15].http：//micrium.com/page/downloads/windows_gui_trial.