基于S5PV210的LCD轉VGA技術研究

馮莉

摘 要 以VGA接口時序為標準，采用ARM芯片S5PV210為CPU，通過D/A 芯片 SDA7123的信號轉換，實現了嵌入式系統領域LVDS轉VGA的方案設計。系統的實現，一方面通過配置S5PV210芯片的LCD控制器，使得LVDS接口產生數字信號，另一方面通過 D/A 芯片SDA7123將數字信號轉化為模擬信號，實現了VGA接口終端的正常視頻顯示。經驗證，該方案對于800×600、1024×768等不同分辨率的視頻信號，顯示效果良好，并具有占用系統資源少，效率高，可靠性好的優點，適合在嵌入式應用領域廣泛采用。

關鍵詞 VGA；S5PV210；時序；視頻D/A；LCD控制器；SDA7123

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）188-0078-04

目前許多嵌入式微處理器都集成了LCD控制器，如Samsung公司的S5PV210、S3C6410及Atmel公司的ATSAMA5D3系列處理器等。雖然可以方便的接大屏幕的LCD顯示屏，但LCD顯示屏價格昂貴。而PC端的液晶顯示器，在日常生活中普遍存在，如果能夠合理利用此資源來作為顯示終端，不僅可以合理利用現有資源、節約系統成本而且體積小巧，便于攜帶。普通計算機的液晶顯示器大都采用VGA接口作為標準信號輸入接口，因此，本方案采用LVDS轉VGA的方案設計來滿足此要求。本方案通過分析VGA顯示時序和LCD顯示時序之間的關系，找到了問題的突破口，同時驗證了方案的可行性。

1 VGA 接口

VGA（Video Graphics Array）視頻圖形陣列是IBM于1987年提出的一個使用模擬信號的顯示標準。VGA接口共有15針，分成3排，每排5個孔，如圖1所示。

VGA接口信號為模擬信號，它傳輸的主要信號分為紅、綠、藍模擬信號以及行同步信號和場同步信號。其引腳定義如表 1所示。

2 VGA時序與LCD時序分析

VGA的時序分為行時序和場時序。行時序如圖2所示。

主要包括行總寬度、行消隱后肩（HBPD+1）、行消隱前肩（HFPD+1）、行同步脈沖（HSPW+1）、行顯示時序段（HOZVAL+1），它們之間的關系為：

行總寬度 = （HBVD+1） + （HFPD+1） + （HSPW+1） + （HOZVAL+1）

行時序各部分的作用如下：

HBPD：確定行同步信號和行數據傳輸前的一段延時，描述行數據傳輸前延遲時間內VCLK脈沖個數；

HFPD：確定行數據傳輸完成后到下一行同步信號到來的一段延遲時間，描述行數據傳輸后延遲時間內VCLK脈沖個數；

HSPW：確定行同步時鐘脈沖寬度，描述行同步脈沖寬度時間內VCLK脈沖個數；

HOZVAL：確定顯示的水平方向尺寸。

場時序如圖3所示。

主要包括場總寬度、場消隱后肩（VBPD+1）、場消隱前肩（VFPD+1）、場同步脈沖（VSPW+1）、場顯示時序段（LIINEVAL+1），它們之間的關系為：

場總寬度 = （VBVD+1） + （VFPD+1） + （VSPW+1） + （LIINEVAL+1）

列時序各部分的作用如下：

VBPD：確定幀同步信號和幀數據傳輸前的一段延時，是幀數據傳輸前延遲時間和行同步時鐘間隔寬度的比值；

VFPD：確定幀數據傳輸完成后到下一幀同步信號到來的一段延時，是幀數據傳輸后延遲時間和行同步時鐘間隔寬度的比值；

VSPW：確定幀同步時鐘脈沖寬度，是幀同步信號時鐘寬度和行同步時鐘間隔寬度的比值；

LINEVAL：確定顯示的垂直方向尺寸。

典型的LCD時序圖如圖4所示，通過與VGA時序進行比較，可以發現LCD掃描時序和VGA時序很相似，這就為通過LCD控制器產生VGA所需時序信號提供了可能性，同時也為LVDS轉VGA技術提供了理論依據。

要實現這種可能性，需要解決的問題主要有：

由于VGA接口的同步信號都是高電平有效而S5PV210的LCD接口同步信號是低電平有效，因此要解決兩者的電平轉換問題。

由于VGA接口的紅綠藍通道都為模擬量，而S5PV210的LCD控制器輸出為RGB數字信號，為了解決信號不匹配的問題，必須通過D/A轉換，將數字信號轉換成模擬信號。

針對轉換需求，本設計采用DS90CF364A芯片和D/A芯片SDA7123來解決此問題。

3 DS90CF364A和SDA7123芯片簡介

DS90CF364A接收器可將4路LVDS數據流轉換成并行的28位CMOS/TTL數據（24位RGB和4位Hsync、Vsync、DE及CNTL）。另外，DS90CF364A也可實現將3路LVDS數據流轉換成并行的21位CMOS/TTL數據（18位RGB和3位Hsync、Vsync及DE）。這兩種接收器的輸出都采用下降沿選通。一個上升沿或下降沿選通發送器（DS90C383A/DS90C363A）可以和一個下降沿選通接收器在無任何傳輸邏輯的情況下互操作。

相比上一代產品，DS90CF364A的輸出提供了一個更寬的數據有效時間，其結構框圖如圖5所示。

SDA7123是三路10位視頻D/A轉換器，分別完成R（紅）、G（綠）、B（藍）信號轉換，電流型輸出，綠通道可帶同步信號輸出。它的數據更新頻率MSPS為140MHZ，SDA7123內帶1.23V基準，工作溫度范圍寬（-40℃～+85℃）。適用于數字視頻系統、圖像處理、儀器、高精度顯示器、視頻信號重建等系統中，可與ADV7123替換使用。

其原理框圖如圖6所示。

SDA7123有三路獨立的10位輸入端口，可以在單電源5V下工作，也可以在單電源3.3V下工作。此外，SDA7123還有附加的兩個視頻控制信號：復合（同步信號）及（黑電平）。

4 LVDS轉VGA接口電路設計

為了實現LVDS到VGA的轉換，整體的硬件接口電路設計方法如下：

通過DS90CF364A芯片實現3路LVDS數據流到并行21位CMOS/TTL數據的轉換；

DS90CF364A芯片轉換后的21位CMOS/TTL數據中有18位屬于RGB數據，將此18位數據作為SDA7123芯片的輸入，最終完成LVDS到VGA接口的D/A轉換設計。

該轉換模塊的結構框圖如圖7所示。

5 S5PV210芯片LCD相應控制寄存器設置

VGA輸出支持多種分辨率顯示模式，不同的分辨率顯示模式對應的時序參數是不同的。因此，首先需要選定一個輸出分辨率；其次就是配置相應的LCD控制器，以產生對應的時序參數。本方案采用PC作為顯示輸出端，多數廠商的PC顯示器默認都支持分辨率VESA標準，因此本方案可以根據此標準來設置相應的LCD控制器參數，使得產生的VGA輸出可以在大多數品牌廠商生產的PC端正常顯示。

由于分辨率800×600、刷新頻率為60Hz的VGA顯示輸出在一些品牌PC端并不能得到很好的支持，因此本方案選擇分辨率1024×768、刷新頻率為75Hz、16位彩色的VGA顯示模式作為案例，來詳細分析LCD相應控制寄存器的設置步驟。根據VESA標準，可以獲得1024×768@75Hz下，行時序和場時序各部分的取值范圍，其取值范圍如表2所示。

下面根據表2的取值范圍，來設置LCD相應的控制寄存器。首先聲明，本案例的Src_clk （Frequency of Clock source）值為166 750 000Hz，因此，以下各個控制寄存器的取值都是在此基礎上進行設置的。

VIDCON0寄存器。

CLKVAL_F：確定VCLK和CLKVAL[7：0]之間的比率。當CLKVAL>=1時，VCLK=HCLK/（CLKVAL+1）。

本方案的HCLK=166.75MHz，VCLK=Pixel Clock=78.75MHz，因此CLKVAL需設置為1。

L1_DATA16：選擇間接i80接口（LDI1）數據輸出格式模式，本設計采用的是16bpp模式，因此設置L1_DATA16=000.

L0_DATA16：選擇間接i80接口（LDI0）數據輸出格式模式，設置L0_DATA16=000，選擇16位模式。

VIDTCON0寄存器。

VBPD：參考表2的數據可知，VBPD=（V Back Porch）/（Hor Total Time）=0.466ms/16.660us≈28；

VFPD：參考表2的數據可知，VBPD=（V Front Porch）/（Hor Total Time）=0.017ms/16.660us≈1；

VSPW：參考表2的數據可知，VSPW=（Ver Sync Time）/（Hor Total Time）=0.05ms/16.660us≈3；

VIDTCON1寄存器。

HBPD：由于VCLK=Pixel Clock=78.75MHz=12.6984ns，因此，參考表2的數據可知，HBPD=（H Back Porch）/（Pixel Clock）=2.235us/12.6984ns≈176；

HFPD：與上面類似，HFPD=（H Front Porch）/（Pixel Clock）=0.203us/12.6984ns≈16；

HSPW：與上面類似，HSPW=（Hor Sync Time）/（Pixel Clock）=1.219us/12.6984ns≈96；

VIDTCON2寄存器。

LINEVAL：由于本方案采用的是1024×768的分辨率，因此，LINEVAL=（Horizontal display size）-1=1023；

HOZVAL：HOZVAL=（Vertical display size）-1=767。

WINCON0寄存器。

BPPMODE_F：本方案采用的是16bpp（R：5-G：6-B：5）顯示模式，因此，BPPMODE=5。

通過以上設計，就可以實現LVDS轉VGA的信號輸出。本方案的硬件電路采用透傳模式，因此，只需設置好LCD控制器的相應寄存器，即可通過SDA7123的D/A轉換，實現將視頻或圖片信息輸出到VGA顯示屏上。

6 測試

通過本方案設計的硬件電路，將S5PV210的LVDS接口和顯示器的VGA接口連接起來，配置好相應的LCD控制寄存器，即可實現正常的視頻或圖片輸出。顯示圖像如圖8所示。

7 結論

本文提出了一種采用S5PV210的LCD控制器來實現VGA顯示的方法。通過分析比較LCD接口時序與VGA接口時序的相同點，論證了LVDS轉VGA接口的可行性。本設計通過配置LCD控制寄存器產生LVDS數字信號，然后通過DS90CF364A芯片將LVDS數字信號轉換成TTL信號，最終通過視頻D/A芯片SDA7123將TTL信號轉換成VGA接口所需的模擬信號。實驗結果表明，圖像通過LVDS-VGA轉換電路，在VGA接口的顯示屏上，顯示圖像良好，可以滿足廣大普通用戶的需求。該設計方案不僅成本低廉而且設置簡單，適合有此需求的工程廣泛采用。

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