基于ＮＩＯＳⅡ的ＬＣＭ控制研究

［收稿日期］2008年6月20日

［作者簡介］許向南(1978～ )：男，吉林榆樹人，空軍航空大學飛行基礎訓練基地基礎部電工電子教研室，助教。于研(1980～ )：男，吉林長春人，空軍航空大學飛行基礎訓練基地基礎部電工電子教研室，助教。

［摘 要］LCD(Liquid Crystal Display)是液晶顯示器，由于LCD的控制必須使用專用的驅動電路，而且LCD面板的接線需要特殊的技巧，加上LCD面板結構較脆弱，因此一般不會單獨使用，而是將LCD面板、驅動電路組合成一個LCM模塊(Liquid Crystal Display Moulde，簡稱LCM)。LCM是一種很省電的顯示系統，常用于數字或微型計算機控制的系統，作為簡易的人機接口。

本文介紹一種基于NIOSll的LCM的控制方法。利用SoPC技術，在NIOSll系統中添加相應的I/O端口實現對LCM的控制。

［關鍵詞］NIOSII LCM FPGA

［中圖分類號］TP

［文獻標識碼］A

［文章編號］1009－5489(2008)07－0218－02

一、NIOSⅡ嵌入式軟核處理器



NiosⅡ是一種采用流水線技術、單指令流的RISC處理器，其大部分指令可以在一個時鐘周期內完成。NiosⅡ處理器又是一種軟核CPU，專門針對Altera的可編程邏輯器件，以及片上可編程系統的設計思想，做了相應優化。作為一種可配置的通用RISC處理器，它可以與用戶自定義邏輯(user logic)結合構成SOC系統，并下載到Altera的可編程器件中去。32位Nios軟核，結合外部閃存，以及大容量存儲器，可構成一個功能強大的32位嵌入式處理器系統。

在Altera的Nios嵌入式處理器中，用戶可以在Nios指令系統中增加用戶自定義指令，以增強起對強實時軟件算法的處理能力。用戶自定義指令可以通過單周期，或多周期操作來完成復雜的處理任務。另外，增加的用戶自定義指令同樣可以訪問存儲器，或Nios系統外的邏輯。采用用戶自定義指令，用戶可以把一個復雜的標準指令序列，簡化為一條用硬件實現的單個指令。這一特性可以用于多種情況，例如對數字信號處理(DSP)、數據包處理，以及計算密集型軟件進行優化。

二、GDM12864A液晶顯示器



LCD GDM12864A是帶顯示存儲器的圖形液晶顯示列驅動控制器。它的特點是內置64×64位的顯示存儲器，顯示屏上各像素點的顯示狀態與顯示存儲器的各位數據—一對應，顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動信號。顯示數據為“1”，相應的像素點顯示；顯示數據為“0”，相應的像素點就不顯示。同時GDM12864A配備了一套顯示存儲器的管理電路和與計算機接口電路，允許計算機直接訪問顯示存儲器，也就是說GDM12864A可以直接與計算機的總線連接。GDM12864A的主要特性為：

(1)擁有64×64位(512字節)的顯示存儲器，其數據直接作為顯示驅動信號；

(2)8位并行數據接口，適配M6800系列時序；

(3)64路列驅動輸出；

(4)簡單的操作指令顯示開關設置，顯示起始行設置，地址指針設置和數據讀／寫等指令；

(5)低功耗，在顯示期間功耗最大為2mW；

(6)寬電壓工作 Vcc=2.7V～5.5V Vee=OV～－10V。

三、硬件電路設計



在sopc builder中添加l個8位的LCD_DATA［7..0］，5個1位的LCD_CS1，LCD_CS2，LCD_RS，LCD_RW，LCD_E。再設置led—data的屬性為雙向三態“Tri_state”，其他5個信號的屬性設為“out-Put only”。

四、LCD的軟件設計



嵌入式系統地軟件開發可分為2部分：應用程序開發和驅動程序開發。應用程序開發是用戶軟件開發的主要部分，包括系統的主程序main和其他子程序。應用程序實現與系統設備的通信主要是通過C的標準庫或系統庫API。驅動程序的開發是編寫供應用程序訪問設備的程序。驅動程序直接和底層硬件的宏定義打交道。

為了方便用戶編程，NIOSⅡ IDE為用戶提供了設備的驅動程序，這就是硬件抽象層(HAL)系統庫。用戶只用利用HAL提供的各種函數就可以編寫應用程序。HAL系統庫在NiosⅡ IDE中創建一個新程序時，由IDE基于用戶在SOPC Builder中創建的NiosⅡ處理器系統自動生成。

由此可以看出，用戶程序是架構在硬件抽象層和C標準函數庫上，這說明用戶程序要訪問硬件設備至少有4種方法：

(1)調用C標準庫函數；

(2)調用硬件抽象層的API函數；

(3)調用設備驅動程序；

(4)直接訪問設備寄存器。

前兩種方法的抽象層度最高，可移植性最好；后兩種額外開銷少。在本文中采用的是第一種方法，程序如下。

//寫指令代碼(左)

void l_w_code(char l_code)

{

check_busy()；

LCD_E=1；

LCD_RW=0；

LCD_RS=0；

LCD_CS2=1；

LCD_CS1=0；



LCD_DATA=l_code；

LCD_E=1；

LCD_E=0；

}



//寫顯示數據(左)

void l_w_data(char l_data)

{

check_busy()；

LCD_E=1；

LCD_RW=0；

LCD_RS=1；

LCD_CS2=1；

LCD_CS1=0；



LCD_DATA=l_data；

LCD_E=1；

LCD_E=0；

}

其他程序由于篇幅原因略去。

五、結束語



本文闡述基于NIOSⅡ嵌入式處理器控制液晶顯示器的硬件設計和軟件設計方案。利用FPGA的可編程邏輯資源，按照系統功能的需求來添加接口功能模塊，既能實現系統的功能，又能降低系統的成本和功耗。這樣就使得FPGA靈活的硬件設計與處理器的強大軟件功能有機的結合在一起，高效地實現SoPC系統。

［參考文獻］

［1］周立功：《SOPC嵌人式系統基礎教程》，北京航空航天大學出版社2006年版。

［2］李晶皎：《液晶顯示器的C語言程序設計》，北京科學出版社2005年版。

［3］羅苑棠：《CPLD/FPGA常用模塊與綜合系統設計實例精講》，電子工業出版社2007年版。