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如何设计及实现基于ARM9的彩色TFT-LCD模块?

时间: 2024-06-23 22:20:18 |   作者: kyapp官方网站

  TFT-LCD因其厚度薄且画面质量优异,能轻松实现信息的高速度、高亮度及高对比度显示,已大范围的应用于图像显示系统中。虽然TFT-LCD拥有非常良好的显示性能,但TFT-LCD的驱动信号很复杂,同时外围的控制单元需要处理的数据量非常大,以一个分辨率为640×480的图像就需要处理900kbyte的数据量,这对于传统的单片机等处理器显得无能为力。由于图像数据量大,目前图像大都采用压缩后再存储,其中JPEG (Joint PhotographicExperts Group)格式的压缩图像应用最为广泛。

  为了解决图像等大容量数据在TFT-LCD显示屏上的应用,本文提出了一种基于ARM9处理器S3C2440X的彩色液晶显示模块模块可以在一定程度上完成对字符及彩色RGB格式图像的显示,同时还可以显示JPEG格式的图像。由于液晶显示屏只能接收RGB格式的图像数据,为实现对JPEG格式的图像显示,必须对压缩图像进行解压缩,JPEG格式图像的解码功能在ARM9处理器上实现。本文提出的方法简化了彩色TFT-LCD图像显示的设计难度,同时为JPEG格式的解码及液晶显示提供了一种实现方法。液晶显示模块可以方便地与外接系统接口,实现图像显示模块的功能。

  模块硬件包括4个部分:ARM9S3C2440X处理器、数据存储模块、液晶显示模块及RS232串口通信模块。模块中使用了两种非易失性闪存NAND Flash和NOR Flash。考虑到NOR Flash具有芯片内执行及可靠性高的特点,使用它来存储ARM9处理器运行的程序代码;存储容量大且高单元密度的NAND Flash用来存储海量数据,作为图像库及字符库的存储单元。SDRAM 作为外扩存储器使用。TFT-LCD LQ080V3DG01作为模块的显示屏使用。与其他外部模块通信采用RS232串口方式。

  模块实现的基本功能有:JPEG 格式图像的解码;支持24bit彩色RGB图像数据及JPEG两种格式图像的显示;字符的显示;数据存储容量为64Mbyte,能轻松实现对图像库及字符库的更新;可设为不同的串口波特率。模块功能框图如图1所示。

  S3C2440X是一款基于ARM920T 内核、主频最高达400MHz、适用于嵌入式应用的RISC处理器。它支持可配置的8,16,32bit数据总线宽度。在存储器接口方面,最多可以扩展6个通道的ROM 或RAM 存储器,以及2 个通道的SDRAM,同时它还支持NAND Flash、NORFlash存储器扩展。

  它内部的ARM920T 内核具有高速微控制器总线(AMBA BUS)结构及哈佛结构的高速缓冲存储器(Cache),高速缓冲分别是16kbyte程序及16kbyte数据存储器,使其拥有非常良好的高速性能[3];有着非常丰富的外围设备,包括LCD控制器、UART、USB、SD 及SPI等接口,能够完全满足不同的设计的基本要求。

  S3C2440X内部LCD控制器接口支持STNLCD及TFT-LCD的无缝连接,它支持单色、调色板彩色及24bit真彩色的显示。根据不同的设计要求,通过程序编程能轻松实现相应的LCD分辨率,数据格式及帧频等设置,从而满足很多类型的LCD模块。S3C2440XLCD控制器用来传输视频数据VD [23:0],同时产生相应的控制信号VSYNC、HSYNC、VDEN及LEND,时序图如图1所示。实现LCD 控制器功能的关键是根据LCD时序的要求,合理配置控制器寄存器。

  VSYNC:LCD控制器和LCD之间的帧同步信号,高电平有效时表示一帧图像的起始。

  NAND Flash是一种固态内存,与EEPROM相比,具有读写速度快的优势;与SRAM 相比,具有非易失性等优势。图像尤其是彩色图像数据量大,因此就需要考虑使用大容量的存储器来存储图像数据。另外,考虑到断电后数据的非易失性,因此选择NAND Flash作为存储器件。

  数据存储单元NAND Flash包括图像库及字符库,其中字符库存储容量是8Mbyte,图像库存储容量是56Mbyte。模块选用NAND FlashK9F1216U0A作为图像的存储器件,它的容量大小为64M×8bit,其中每页是(512+16)byte,块大小是(16k+512)byte;随机读取一页数据的最大时间是12s,而向NAND Flash写入一页数据的典型时间是200s。以分辨率为640×480的RGB 彩色图像为例,图像数据大小是900byte,因此将此图像写入Flash的最大时间是341s,然后将此图像从Flash读出的最长时间是21s。

  以分辨率为640×480的RGB格式彩色图像为例,56Mbyte的图像存储容量能存储62幅图像,可完全满足大容量存储的要求。在存储图像数据的编程过程中,由于NAND Flash是以页为单元进行数据存储,这就从另一方面代表着一幅图像需要占用多个页的存储空间。必须要格外注意的是,由于NAND Flash器件存在坏块单元,而且坏块是随机分布的,因此就需要对坏块进行标记处理,对它们标记为不可用,这样就避免了由于坏块单元引起的数据存储错误。

  JPEG是一种目前普遍的使用的静态图像压缩标准,它以其显着的压缩效率和较低的图像质量损失获得了广泛应用,成为国际通用的标准。

  JPEG的目的是提供一种使用于各种连续色调图像的压缩方法,还可以易于硬件实现,拥有非常良好的性价比。为满足各种应用需求,它提供了两种压缩编码技术:基于离散余弦变换(DCT)的有损压缩编码和基于DPCM 的无损编码,这两种编码方式能采用4种操作模式来实现:顺序编码、累进编码、无损编码及层次编码。其中基于DCT变换的顺序编码方式最常用。

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