灵活的架构推动LCD技术发展

  液晶显示器(LCD)在目前消费电子及汽车产品中的应用十分普遍,LCD技术造就了大量的能满足各种尺寸、功率及图像质量需求的产品。

  标准液晶显示器的普及带动了众多LCD驱动电路解决方案的发展,这些方案种类丰富——从ASSP(专用标准产品)到完全定制的IC。然而,这些解决方案往往限制了产品开发商的选择性:他们需要灵活的解决方案来支持某个特定的应用、或需要一个可扩展的解决方案来以一个特定的产品线支持多种类似的应用。

  双路视角液晶显示器是一种新型LCD,至今尚没有标准的IC驱动器支持这种全新的液晶显示器,对这种显示器支持只限于定制的解决方案。本文探讨了支持双路视角和标准视角的创新FPGA架构及软核嵌入式处理器。

  FPGA解决方案

  用FPGA和软核嵌入式处理器取代固定功能设备来驱动液晶显示器面板,这样就克服了后者的局限性。FPGA固有的设计灵活性能够满足多种液晶显示器面板的需求。FPGA具有可重配置的能力,使系统设计人员可在产品制造之后再修改LCD驱动器的功能,实现了简单的现场产品升级和功能强化。

  利用软核处理器开发环境,设计人员可迅速有效地在FPGA内组装驱动各种液晶显示器面板的元件。

  Cyclone FPGA架构是基于五种模块的:两个BT-656视频输入、一个LCD控制器、一个SDRAM控制器和一个I2C控制器,处理器可执行全面的控制和实现系统的仲裁。当部署在FPGA中且总线已经连接时,这些模块就能提供所有必要的吞叶量和视频带宽,以800×480的分辨率驱动双路视角液晶显示器面板。

  通过对基于这种FPGA的液晶显示器驱动器架构的元件进行分析,有助于我们与标准液晶显示器面板对照来理解双路视角液晶显示器面板的工作原理。这项技术可以在液晶显示器的同一玻璃基板上同时显示两个独立的图像,这两个图像并不是并列显示、也不是画中画显示,而是由两个光学视锥(Optical Viewing Cones)分隔且同时显示的:一个图像只能从左侧观看,另一个则只能从右侧观看。在汽车应用中,驾驶员从左侧观看显示内容(如仪表盘设备、导航信息等),而乘客从右侧观看画面内容(如欣赏电影),两个图像都在这同一个显示器的整体表面上显示。

  双路视角液晶显示器面板与标准液晶显示器面板完全相同,标准液晶显示器面板的数据都是以行列的像素矩阵从左到右及从上到下地扫描显示器的方式来写入。此外,其时序及同步信号也与标准液晶显示器相同,双路图像效果是通过物理方式实现的。

  光学指向器可将光线从亚像素(Subpixel)传送到每个独立的视场中,由于光学指向器是静态的,它依赖其下方的亚像素数据的排列组织来创建并对齐适当的图像,因此,亚像素数据的重组及混合必须在数据写入显示器之前进行。在双路视角液晶显示器面板中,一幅图像的亚像素交替排列,由于两个图像互相“交织”在一起,它们平分了水平方向上的有效显示分辨率。

  视频输入模块

  BT-656视频输入模块是为满足ITRU-BT656数字视频标准而设计。此模块负责颜色空间转换(CSC)、剪贴纹理、反交错、缩放及RGB 565打包等,每个运行都是通过一个Nios II型处理器控制的寄存器顺序地执行并确定参数。

  LCD控制器模块为多层LCD控制器,包含三个16位彩色图层,还可选配两个8位的层面板,每个层由单独的DMA主控构成和控制,因此可对外部基于DRAM的帧缓冲器进行有效地分区。

  由于每个层的主控都从内存读取信息,LCD控制器模块将各层结合(合并)到一个整合帧中。然后这个整合帧被送到液晶显示器中,接下来LCD控制器模块将各图层合并,并且可为每个图层赋予一个Alpha值或透明度。

  有限的图层控制提供了一个控制双路视角液晶显示器面板的方法。每个视频源都被分配到单独的且尺寸相同的帧缓冲器中。为了建立双路视角图像,两个视频层的DMA控制器从其帧缓冲器中抓取交替的像素,两个层以一个像素进行互相补偿,然后合并成输出图像帧的一个层。这一过程保留了总体显示时序参数,并使FPGA可将像素信息交织在一起。

  资源使用和实施

  基于FPGA的LCD驱动器架构可轻松地扩展,以支持各种尺寸的液晶显示器面板(包括双路视角面板和标准面板),一些附属功能可通过向FPGA设计中增加特性以及选择适合尺寸的FPGA来实现,这些附属功能包括:定制的屏幕视控、开机画面、图形加速、3D渲染或对任意数量的液晶显示器面板的支持等。产品开发人员因此不仅在使用基于FPGA的架构时获得了设计灵活性,而且在不牺牲性能的前提下,实现了更好的性价比。