基于nios嵌入式软核处理器的液晶显示屏控制

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1、摘要：Altera公司的Nios嵌入式软核处理器以其成本低廉，设计灵活等特点，在嵌入式应用领域得到了广泛的应用，同时LCD也越来越多地在各种仪器仪表和测控系统中作为人机界面和显示模块。本文提出一种基于Nios嵌入式软核处理器的液晶显示屏的软、硬件设计方案，介绍了对该液晶屏进行控制的硬件接口电路以及软件编写流程，并给出了相应程序。1 引言   随着微电子技术的发展和半导体制造工艺的提高，工业生产、家用电器中的监测控制、信号处理等集成电路设计已经进入了片上系统(SystemOnChip)时代。在传统的集成电路设计中，需要考虑大量的外围电路，而且由于PCB板中的IC芯片之间的连线延时，以及本身的

2、体积和重量等因素的限制，整机系统的性能受到了很大的制约。FPGA可以把整个数字系统集成在一个芯片上，功能密度高、体积小、功耗低、可靠性高，因此获得了广泛的应用。而且同ASIC相比，FPGA成本低廉，设计灵活，成为了集成电路设计的发展趋势。   但是对于复杂的系统，比如有很多种状态机，或者有很多外设的系统，纯粹用基于硬件的FPGA来实现还是比较困难的，因此通常是把一个微处理器嵌入到FPGA芯片中，用来控制各种状态的切换、协调各个外设之间的同步以及实现对任务的调度。   Nios是Altera公司推出的嵌入在其FPGA内部的软核处理器，它的可配置程度很高，可以将外部存储器(包括ROM，RAM)

3、，液晶显示屏，以太网控制器，CDR驱动器，USB接口甚至红外适配器等外部设备连接在一起，协调它们之间的多机协同和数据共享，必要的时候还可以在Nios核中加入实时操作系统，来实现对多任务的调度。而且Nios价格便宜，设计灵活，因此正在获得越来越广泛的使用，目前已经在蓝牙一以太网接入，远程信号采集等方面得到了应用。  本文以LCD控制为例，来研究Nios是怎样实现对外设进行控制的。液晶显示屏以其显示直观，设计灵活的特点被用作各种便携式系统的前端，将Nios技术与液晶屏结合，在实现对LCD控制的同时，还可以在芯片上实现其它的系统功能，体积更小，更适合便携式系统的要求，而且使得设计具有较强的伸缩性

4、。2 Nios嵌入式软核处理器  Nios处理器是Altera公司推出的一个32／16位精简指令集处理器软核，它是用户可配置的通用RISC嵌入式处理器，同时也是一个非常灵活和强大的处理器。在Altera公司提供的SOPC软件中加载Nios核和相应的外围接口以及与定义相应的自定义指令，然后对设计进行综合，下载到FPGA中就可以方便的设计计一个具有特定功能的嵌入式处理器。 图1 典型的Nios系统  如图1所示是一个典型的Nios系统，它的主要端口包括全局输入时钟，复位信号，外部设备片选信号，读使能，写使能，数据地址总线以及和计算机通信的UART端口。由于Nios是在FPGA片内实现的，因此它

5、既可以通过FPGA的引脚连到外部和其它的设备相连接，也可以直接连到FPGA片内的其他模块上。同样，FPGA片内未被使用的资源仍然可以被配置成为其它的模块使用，从而实现系统的集成，使SOC成为可能。 嵌入式设计者利用SOPCBuilder系统开发工具能够很容易地创建自己的处理器系统。SOPCBuilder可用于集成一个或多个可配置的带有许多标准外围设备的NiosCPU，并利用自动形成的Avalon交换结构总线将这些系统连接在一起。3  液晶屏控制器的选择   这里，我们使用的是一块320X240的液晶显示模块，而且已经集成了SED1330作为液晶显示屏的控制器。SED1330控制器是由日本E

6、PSON公司生产的一款液晶显示屏控制器。与同类产品相比，功能较强。其主要特点有：§有较强功能的I／O缓冲器；§指令功能丰富；§四位数据并行发送；§图形和文本方式混合显示。SED130的控制指令集见表1。  4FPGA与LCD的接口电路  由于选用了专门的液晶显示器控制芯片，而且液晶显示屏已经和控制器集成在了一起，因此对于用户来说，整体设计大大简化，外围电路相对来说就比较简单，只要考虑Nios和接口电路之间的连接即可。  这里有两种方案可以考虑。第一种是把液晶显示模块看成外部存储器，利用Ext－Shared－Bus的数据和地址总线对其进行控制；第二种是把LCD接口当作普通的外部设备PIO进行

7、操作，LCD的数据以及读、写使能，片选信号等都包括在PIO总线内。一般来说，对于不太复杂的系统，把外部设备看作是普通PIO是比较简便的方法，所以这里我们采用第二种方案。NIOS和LCD模块的接口电路如图2所示。 图2  Nios和LCD模块的接口电路  图中pio的低8位和控制器的数据端口连接，负责将控制指令和显示数据送到控制器的数据线上。用lcd-pio的高几位分别作为写使能，读使能，命令／数据切换和片选信号。可以使l