DSP-OMAP5912的图像控制器接口技术

引言
二维图像控制器的接口设计一直是平面显示器的重要组成部分之一。尤其是随着数字电视和高清电视的发展，其应用越来越广泛，对于2维图像控制器的控制也是平面显示技术的重点，一般采用微处理器控制图像控制器，NEC、Motorola和Philips均有专用的微处理器，可以方便的与图像控制器进行连接。近年来，随着数字信号处理器（DSP）和嵌入式系统的飞速发展，使得数字信号处理器和图像控制器的连接十分方便，同时DSP是一种通用处理器，可以通过修改软件和配置不同的硬件来满足各种场合需要，实现定制平面显示的需求。
本文介绍TI公司的嵌入式DSP－OMAP5912和2维图像控制器的连接。DSP可以直接采集图像信号或者从其他设备接收图像信号，并对图像信号处理后，通过2维图像控制器传输到显示器，驱动显示图像。本文着重于介绍DSP和图像控制器，以及图像控制器和显示器的连接。
1 图像控制器
图像控制器采用EPSON公司的S1D13506芯片实现。S1D13506是EPSON公司推出的彩色LCD/CRT/TV图像控制器，其主要特性有：具有较低的功耗和极低的工作电压，可以满足移动多媒体、手持设备的图像控制；在16bpp下达到800×600的分辨率；支持TET/D－TFT显示，在18位TFT下有64K真彩色；支持NTSC和PAL两种TV输出方式，支持位块传输。
S1D13506的内部功能如所示，从中可以看出，S1D13506的内部结构主要围绕2D图像驱动模块组成，对上层微处理器有主机接口模块负责和CPU的接口，同时有多媒体卡接口负责和数码相机的接口。2D模块对下层显示器有两条通道，一条负责和LCD液晶显示器连接，由LCD管道（pipeline）、LCD发射器和LCD接口组成，另外一条负责和CRT/TV普通显示器的连接，由CRT/TV管道，CRT/TV发射器，CRT/TV编码、合成器以及数模转换器DAC组成。为了加快图像处理的速度，2D模块还带有MEM控制器，通过该控制器可以外接DRAM，增大显存空间。

2 系统硬件结构
整个系统由DSP、S1D13506、键盘鼠标、PC机接口、USB设备接口，JTAG仿真口以及Flash组成，其硬件连接如所示。中，DSP是控制单元，本系统采用OMAP5912芯片，该DSP是TI公司推出的嵌入式DSP，具有双处理器结构，片内集成ARM和DSP处理器，ARM为基于ARM9核的TI925T处理器，用于控制外围设备，DSP用于数据处理，OMAP5912中的DSP是基于TMS320C55X核的处理器，提供1个40位和1个16位的算术逻辑单元（ALU）。由于DSP采用了双ALU结构，大部分指令可以并行运行，其工作频率达到150MHz，并且功耗更低。C55和ARM可以联合仿真，也可以单独仿真，如中的2个JTAG仿真接口。

中S1D13506负责图像信号的传输，驱动显示器显示图像；DSP使用EMIFF快速外设接口连接RT8019，终连接到以太网，由于OMAP5912具有嵌入式ARM核，可以对系统配置专门的IP地址，直接从互联网上访问系统；系统中的键盘和鼠标用于人机接口，用于命令的输入控制；Flash保存DSP所需要的程序，供DSP上电调用；DSP还提供HPI口，该接口可以和计算机连接，可以计算机中的文件并通过S1D13506播放。系统还配有USB接口，可以和USB设备进行数据通信。
3 S1D13506的硬件接口设计
S1D13506和OMAP5912的连接是系统硬件连接的关键，其具体连接如所示，使用OMAP5912的EMIFS接口连接S1D13506。EMIFS是OMAP5912的慢速外部存储器接口（External Memory Interface Slow），可以方便的和外部Flash、异步SRAM等设备连接。本系统的S1D13506模块传输图像信号，每秒传输24帧800×600分辨率的图像，传输速率只需要11.53Mbit/s，OMAP5912的EMIFS接口适合满足其速度要求。

S1D13506和OMAP5912的EMIFS连接，S1D13506做为OMAP5912的外部16位从异步设备，由于OMAP5912的内部数据总线度为32位，而S1D13506的数据总线宽度为16位。为此，OMAP5912只在低16位发送数据。此外，OMAP5912使用通用I/O引脚控制S1D13506的复位信号，当连续多次未收到S1D13506的响应信号时，OMAP5912可以软件复位S1D13506，从而避免通信的死锁现象。
S1D13506和外扩的DRAM以及显示器的连接如所示。中，CLK1为33.333MHz时钟，CLK2在NTSC模式下为14.31818MHz时钟，PAL模式下为17.734475MHz时钟，BCLK为80MHz时钟，通过这3个外部时钟，S1D13506对这些时钟进行分频、倍频以及两者的组合，终提供各种显示器需要的4个时钟信号，分别为主时钟、LCD时钟、CRT/TV时钟以及多媒体卡时钟。不同的显示器对这些时钟终频率的要求不同，均可以通过S1D13506的内部寄存器进行设置。

S1D13506和CRT/TV有两种连接方式，中右上为S端子接口，S1D13506只需要将亮度、对比度和色饱和度输出即可。中右下为普通CRT电视接口，S1D13506输出Red、Green、Blue以及水平和垂直信号即可。S1D13506和LCD的连接如所示，LCD显示器为数字接口，S1D13506必须提供数字接口，所示是和16位单LCD显示器接口，此外还有4位单LCD、8位单LCD、8位双LCD、9位TFT、16位单LCD、16位双LCD以及12位TFT接口，这些接口方式和的连接方式略有区别，主要在于数据信号的连接不同，此外，S1D13506还提供移位信号、帧信号和线信号到LCD显示器。

S1D13506和CRT/TV的连接属于模拟信号传输，为了提高图像信号的传输质量，必须在模拟量输出端加上LC滤波电路，滤波电路的设计如所示。中上端滤波电路为RGB输出使用，也可以为S端子的三线使用；中下端滤波电路为水平和垂直信号使用。中L1和L2为100MHz/100Ω的磁珠，磁珠和电阻电容组成π型带通滤波网络，个转折频率为1/2πRC，其中R为S1D13506的输出电阻，C为中C1或C3；个转折频率也为1/2πRC，其R为磁珠的阻值，根据频率变化，C为中C2或C4，中2个二极管组成钳位电路，保证电压处于0－VCC之间。

4 S1D13506的软件初始化
S1D13506的软件初始化配置各种寄存器和编写颜色表。下面详细给出S1D13506的初始化步骤，该初始化通过配置S1D13506控制LCD在640×480分辨率、78Hz刷新率、16位数据接口、256色8bpp、40MHz时钟输入、外接50ns的EDO－DRAM和32ms刷新时钟模式下工作。
1、设置寄存器01h为0x00；使能内存/寄存器选择位；设置寄存器01FCh＝0x00；禁止显示输出。
2、设置寄存器04h和08h为0x00；设置GPIO为输入引脚。
3、设置寄存器010h、014h、018h和01Ch分别为0x00、0x10、0x02；选择CLKI为单一的40MHz主输入时钟，MCLK和LCD PCLK时钟为CLKI的一半。
4、设置寄存器01Eh为0x01；设置CPU等待状态。
5、设置寄存器020h、021h、02Ah和02Bh分别为0x01、0x06、0x01和0x01；配置外接存储器接口，寄存器020h表示外设为EDO内存，寄存器021h表示外设的刷新时钟为32ms，寄存器02Ah和2Bh配置DRAM的读写时间。
6、配置LCD的类型和时间寄存器，根据刷新率配置水平和垂直扫描的时间；主要寄存器的设置为：寄存器30h、32h、34h、38h、39h和3Ah分别为0x26、0x4F、0x1F、0xDF、0x01和0x2C，其他相关寄存器均为0。
7、配置LCD输出的格式，包括存储空间的起始地址以及FIFO的初始值；设置寄存器40h、46h和47h分别为0x03、0x40和0x01，其他相关寄存器均为0。
8、设置寄存器01FCh＝0x01；使能LCD显示输出，完成S1D13506的初始化工作。
5 小结
本文详细介绍了基于OMAP5912和S1D13506的图像控制卡的接口设计方法，使用OMAP5912的EMIFS接口连接S1D13506，实现图像信号的传输。使用S1D13506可以实现液晶LCD和普通CRT显示器的驱动，系统可以实现数字电视，整个系统结构简单，实现方便。由于采用具有DSP核的处理器，系统还可以方便的应用各种数据信号处理算法。