嵌入式系統(tǒng)把微處理器的系統(tǒng)電路與其專用的軟件平臺相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)操作的效率。 嵌入式系統(tǒng)早已融入了人們的日常生活，嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品主要集中在信息家電、通信產(chǎn)品、工業(yè)控制器、掌上電腦領(lǐng)域。 家電、玩具、汽車、新一代手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備也都采用了嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)。 隨著后PC 時(shí)代的到來，有理由相信嵌入式系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式圖像系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式圖像系統(tǒng)是指以圖像應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁減，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式圖像系統(tǒng)對圖像顯示技術(shù)提出了各種嚴(yán)格要求，必須選擇合適的顯示器，設(shè)計(jì)出合理的顯示控制方法。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　統(tǒng)要構(gòu)建一個(gè)嵌入式、高速、低功耗、低成本的圖像顯示硬件平臺，要求能真彩顯示靜態(tài)或動(dòng)態(tài)彩色圖像。為達(dá)到真彩和無拖影的顯示動(dòng)態(tài)圖像，同時(shí)兼顧低功耗的要求，采用SHARP（夏普）公司的LQ057Q3DC02彩色TFT-LCD作為顯示器；為了能達(dá)到實(shí)時(shí)圖像處理和顯示，采用德州儀器（TI）公司高性能DSP TMS320C6711作為主處理器；DSP與TFT-LCD之間的數(shù)據(jù)接口以及TFT-LCD的驅(qū)動(dòng)控制由CPLD ispMACH4064V和高速大容量FIFO AL422B完成。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

　　1 TFT-LCD驅(qū)動(dòng)控制硬件設(shè)計(jì)

　　1和圖2可知，CPLD驅(qū)動(dòng)控制TFT-LCD顯示圖像，要產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘信號：數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘（CLK）、行同步時(shí)鐘（Hsync）和幀同步時(shí)鐘（Vsync），并通過18位并行數(shù)據(jù)總線（R0～R5，G0～G5，B0～B5），與時(shí)鐘信號同步寫入待顯示的圖像數(shù)據(jù)（D0～D17）。

　　LD驅(qū)動(dòng)控制TFT-LCD的硬件電路如圖3所示。

　　2 存儲器設(shè)計(jì)

　　盡少占用CPU資源，使CPU有更多的時(shí)間進(jìn)行圖像采集和處理，在CPU輸出圖像到TFT-LCD顯示器的過程中間要進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖存儲。CPU定期將數(shù)據(jù)高速輸出到緩存，顯示平臺再根據(jù)TFT-LCD的驅(qū)動(dòng)時(shí)序讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。CPU輸出數(shù)據(jù)的速度大于顯示平臺的讀取速度，對緩存來說是一個(gè)高速寫入的過程。CPU以40ms為周期定期輸出數(shù)據(jù)，顯示平臺是連續(xù)不斷的讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的，所以緩存的寫入和讀出過程是并發(fā)進(jìn)行的。

　　統(tǒng)采用AVERLOGIC公司的基于DRAM的大容量FIFO AL422B作為高速緩沖存儲器。AL422B工作電壓3.3V，可承受5V信號電壓，訪問速度為50MHz，容量為384Kb，而系統(tǒng)要顯示的圖像每幀有225Kb，因此AL422B可以很好的滿足高速、大容量和低成本的系統(tǒng)要求。

　　422B是同步FIFO，有讀時(shí)鐘和寫時(shí)鐘兩路時(shí)鐘信號。AL422B采用DRAM為存儲介質(zhì)，需要定時(shí)刷新片內(nèi)數(shù)據(jù)。芯片自動(dòng)選擇頻率較高的時(shí)鐘信號作為DRAM的刷新時(shí)鐘，要求器件工作時(shí)至少要有一路時(shí)鐘信號的頻率不能低于1MHz。AL422B的功能框圖如圖4所示。

　　3 DSP接口設(shè)計(jì)

　　DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是值得稱道的兩大特色。

　　數(shù)字圖像處理指的是在給定的時(shí)間間隔內(nèi)對外部輸入的數(shù)字圖像完成指定的處理，從圖像輸入到處理完畢輸出結(jié)果的時(shí)間延遲要小于圖像數(shù)據(jù)的更新速率。若對一個(gè)每幀320×240×18位，25f/s的圖像信號，其數(shù)據(jù)率為   5.5Mb/s，為達(dá)到實(shí)時(shí)性，處理器的處理速率就必須大于5.5Mb/s。圖像采集速率由圖像傳感器例如CCD決定，而圖像數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、處理和顯示都是取決于CPU的性能。一般器件不能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)要求，因此本系統(tǒng)采用TI公司高性能通用DSPTMS320C6711作為系統(tǒng)的主CPU。

　　系統(tǒng)中，使用TMS320C6711的EMIF口的8位異步方式與CPLD一起定時(shí)刷新外部同步FIFOAL422B，接口電路如圖5所示。

　　P6711為AL422B提供寫復(fù)位信號（/WRST）和寫使能信號（/WE）。CPLD根據(jù)DSP6711提供的外存使能信號（/CE）和寫使能信號（/AWE），為AL422B提供寫同步時(shí)鐘（WCK）。DSP6711通過數(shù)據(jù)總線ED[5:0]將圖像數(shù)據(jù)寫入AL422B的內(nèi)部存儲單元。

　　4 CPLD設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)使用ispMACH4064V（簡稱4064V）作為顯示平臺的主控邏輯器件。4064V是一款工作在3.3V的新一帶CPLD芯片，I/O口兼容5V TTL電平，主要性能參數(shù)如表1所示。

　　ispMACH4064V是實(shí)現(xiàn)TFT-LCD、FIFO和DSP的EMIF口三個(gè)器件邏輯功能時(shí)序的器件，為了實(shí)現(xiàn)各時(shí)序之間的嚴(yán)格同步，使用一個(gè)外部時(shí)鐘參考源輸入到ispMACH4064V，ispMACH4064V內(nèi)部所有的信號都是以這個(gè)時(shí)鐘為基準(zhǔn)的。

　　系統(tǒng)總流程

　　TFT-LCD彩色數(shù)字圖像顯示平臺的三個(gè)關(guān)鍵器件，分別是DSP、FIFO和CPLD。DSP通過EMIF口定期將圖像數(shù)據(jù)寫入FIFO；CPLD并行的不斷讀取FIFO內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)TFT-LCD顯示動(dòng)態(tài)或靜態(tài)彩色數(shù)字圖像。各器件之間的時(shí)序必須嚴(yán)格匹配，才能正常顯示圖像。本系統(tǒng)使用Lattice公司的CPLD ispMACH4064V，產(chǎn)生TFT-LCD的驅(qū)動(dòng)時(shí)序和FIFO的讀時(shí)序，并配合DSP的EMIF口形成FIFO的寫時(shí)序。系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)是數(shù)字圖像顯示技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，也是困難的部分。

　　系統(tǒng)上電后復(fù)位CPLD、FIFO和TFT-LCD，DSP定時(shí)向FIFO寫入圖像數(shù)據(jù)，CPLD并行的讀FIFO，同時(shí)驅(qū)動(dòng)TFT-LCD逐像素顯示圖像，系統(tǒng)總流程如圖6所示。

　　本系統(tǒng)采用VHDL語言對CPLD要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行行為描述，用Synthesis軟件對VHDL源代碼進(jìn)行語法檢查和邏輯綜合后，在ispLEVER3.0環(huán)境下對ispMACH4064V進(jìn)行功能仿真、時(shí)序仿真、引腳I/O設(shè)置和分配，將生成的JEDEC文件用電纜寫入CPLD，生成實(shí)際的數(shù)字邏輯。

　　基于圖像處理系統(tǒng)的性能分析

　　圖像處理完畢后，需要顯示給人進(jìn)行觀察和評價(jià)。人的視覺系統(tǒng)對色彩非常敏感，圖像顯示的色彩必須達(dá)到或超過人的分辨能力，才不致于丟失有用的圖像信息。圖像處理系統(tǒng)的圖像顯示必須達(dá)到真彩（18位色）顯示。為達(dá)到嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，圖像顯示模塊要盡少占用DSP資源，同時(shí)真彩顯示意味著更大的數(shù)據(jù)吞吐量，這些都要求圖像顯示模塊要有更快的處理速度。

　　本系統(tǒng)中，一幀圖像共有320×240×3＝225Kb，DSP采用8位異步模式以25Mb/s的速率向FIFOAL422B寫入圖像數(shù)據(jù)，寫一幀圖像需9ms。若DSP以40ms為間隔刷新AL422B的圖像數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)平滑動(dòng)態(tài)顯示真彩數(shù)字圖像。這樣的數(shù)據(jù)吞吐速度可以很好地滿足實(shí)時(shí)性要求。

　　結(jié)束語

　　本文提出了一種基于DSP的彩色TFT-LCD數(shù)字圖像顯示解決方案，采用高性能DSP和基于DRAM的新型大容量FIFO存儲器，用CPLD實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)TFT-LCD以及與DSP數(shù)據(jù)接口的所有時(shí)序。與市場上同類產(chǎn)品相比，本系統(tǒng)大大提高了圖像顯示品質(zhì)和顯示速度，降低了系統(tǒng)的功耗和成本，在嵌入式圖像系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用前景。