基于Avalon总线的可配置LCD控制器IP核的设计

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 流模式从端口写传输时序

2. Avalone 流模式LCD 控制器IP 核设计
　　LCD 控制器按功能可划分为三个模块：接口模块，数据处理模块和时序产生模块。接口模块主要用来对系统进行配置，获取系统状态信息以及从内存读出将要显示的数据信息；数据处理模块根据系统的配置信息，对读入控制器的内存数据进行相应的处理，以符合用户设置的显示要求；时序产生模块产生显示时序信号，使得系统在不同的配置下都能产生与之相应的精确时序，以保证图象的正确显示。
　　在具体实现时，这三个部分又可以划分为不同的功能模块来完成系统的总体功能。整个模块包括配置寄存器接口模块、DMA 接口模块组成和异步FIFO 模块，时序产生部分由时序产生模块构成。图3 为我们所设计的LCD 控制器IP 核的系统结构框图。
　　　　　
2.1 DMA 接口模块
　　一般情况下，LCD 显示需要进行大批量的数据传送。在标准 VGA（640×480 60Hz）模式下，每个像素点的扫描周期只有40ns。如此高速的数据传输，如果直接通过CPU 来操作，将会消耗大量的CPU 时间。为了提高CPU 的工作效率，我们在Nios II 下利用DMA（Direct Memory Access,直接存储器访问）来完成。利用DMA 控制器在LCD 控制器和显示存储器SDRAM 之间建立一条专用的DMA 传输通道，通过DMA 控制器自动的读去图象数据，不需要CPU 干预。NiosII 中DMA 控制器如图4 所示：
　　　　　
　　在DMA 传输时，首先需要由CPU 对DMA 进行初始化，设置显示存储器的基地址和长度以及LCD 控制器输入寄存器的地址，然后打开DMA 传输通道，使DMA 在没有CPU 干预的情况下直接从显示存储器读取显示数据传送到LCD控制的FIFO中。Nios II 可以在DMA暂停传输的期间操作SDRAM 中的显存，完成LCD 显示图像的更新。
　　DMA 接口采用Avalon 主设备端口来实现。
2.2 配置积存器接口模块
　　系统可以通过配置寄存器接口模块对LCD 显示控制器进行各种功能配置;LCD 控制器也可以通过接口模块向系统反馈所需的状态信息,从而实现对系统状态的检测和控制。通过针对不同种类的LCD 屏幕和不同的显示模式提供相应寄存器，可以保证对于各种LCD 显示屏的兼容。
　　下图5 为配置积存器接口模块与Avalon 总线和LCD 时序发生器接口的示意图
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　配置寄存器接口所采用的是Avalon 的从设备端口来实现。
2.3 共模电感器异步FIFO 模块
　　由于总线接口模块和LCD 控贴片电感器制器工作在不同的时钟域，如果直接传送数据将会使电路进入亚稳态，无法正常工作。所以使用异步FIFO 做为接口在两个时钟之间传递数据。典型的异步FIFO 由异步双端口RAM 和控制逻辑构成。图6 为典型异步FIFO 的系统框图
　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 异步FIFO的系统框图
2.4 LCD 时序产生模块
　　通过读取配置寄存器获得像素时钟，行周期，帧周期，同步头宽度以及时钟分频系数等信息后，LCD 时序产生模块产生LCD 显示需要的行同步信号、帧同绕行电感器步信号以及复合消隐信号。图7 描述了LCD 接口时序发生模块的接口信号
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

3. LCD 控制器IP 核的仿真调试与安装
3.1 LCD 控制器IP 核的仿真调试
　　本IP 核使用Verilog HDL 来编写，首先在Modelsim6.1 下先进行RTL 级的功能仿真，当所有功能都满足要求时，就可以使用综合工具综合后加入延时信息进行进行时电感器有什么用序仿真。如果时序仿真也满足电路的设计要求，就可以当做一个 NiosII 系统自定义的组件加到Nios II 系统中去。
3.2 LCD 控制器IP 核的安装
　　Avalon 流模式的 LCD 控制器需要安装到 SOPC Builder 中，以便将其加入到NiosII 系统中。
　　这里的LCD 控制器是一个典型的流模式自定义外设。启动DMA 传输后，DMA 控制器将批量数据送往LCD 控制器，因此也可将LCD 控制器看成 FIFO 类型的存储器外设。选择Avalon Components->Legacy Components->Interface to User Logic，加入LCD 控制器的IP 核。

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