基于ARM嵌入式的VGA接口的制作

【摘 要】很多嵌入式产品都选用LCD作为显示终端，显然，如果把工业级LCD用在大屏幕显示中付出的代价会很大，因此需要找到一种既可以达工业级大屏幕的显示效果，而且价格又能接收的方法，而选用15针VGA显示接口是一种常用的方法。本文正是通过对基于ARM嵌入式VGA接口的制作的研究，旨在找到一种更适合大屏幕显示的方法。

【关键词】VGA 接口技术 显示

一、嵌入式系统的发展

嵌入式系统的理念最初出现于20世纪70年代，但是人们真正意识到体积小、功耗低、成本低、可靠性高的嵌入式系统相较于通用PC计算机的巨大优势，则一直到了半导体技术与微电子技术获得突飞猛进发展的最近这几十年。与此同时，伴随着信息技术和电子芯片技术的大量普及，嵌入式系统的相关技术也获得了迅速广泛的应用，不仅涉及工业生产、交通控制、军事体系、家电、信息、农业、医疗、气象等公共领域，而且伴随着技术的逐渐发展成熟以及批量化的生产方式，嵌入式系统同样也在个人领域获得了极其广泛的应用。按照国际电机工程师协会对嵌入式系统的定义，嵌入式系统是控制、监视或者是辅助装置、机器正常运行的装置，按照这一定义，嵌入式系统的发展阶段大致可以划分为以下几个：首先是无操作系统的嵌入式算法阶段，也就是一种以单芯片为核心可编程控制器系统。其次是以嵌入式CPU为根基的操作系统阶段。再次是通用的嵌入式实时操作系统阶段，这一阶段出现的时间正是在上世纪末嵌入系统逐渐开始普及之时。最后也就是当前正方兴未艾的Internet的嵌入式阶段。

二、三星S3C2410 LCD芯片简介

三星公司开发了一款功能强大，性价高的ARM9芯片S3C2410，其被嵌入式产品市场的认可和用户的欢迎欢。设计时，为方便用户驱动扫描LCD接口，故在S3C2410内部LCD集成控制器。

（一）控制芯片引脚功能

在LCD控制器中配备了用于数据扫描和时序控制的引脚。

与VFRAME/VSYNC--LCD控制器和LCD驱动器有着密切联系的的帧同步信号的产生，预示着LCD屏开始进行初始化。LCD控制器的工作原理是在：在相邻两贞插入一个VFRAME信号，就是上一动作完成后插入一个VFRAME信号再进行新一帧的显示。

该LCD控制器所发送同步脉冲信号的作用是驱动LCD驱动器把是将水平线移位寄存器的数据传送给LCD屏显示。LCD驱动器接收到LCD控制器整行行数据之后，就会在插入一个VLINE信号继而进行下一个动作。当LCDLCD驱动器接收控制器所发送像素时钟信号时，就控制会把LCD控制在VCLK上升沿数据送出，同时，LCD驱动器会在VCLK的下降沿处采集信号。

LCD驱动器发送AC信号时电压极性的改变是通过LCD驱动器来控制的，最终达到对像素点显示的控制。在这其中，VM信号与每帧信号或者与可变数据的VLINE信号两者之一的同步才能达到控制像素点的目的。

（二）控制寄存器选择

三星S3C2410的LCD控制寄存器的种类很多，主要有LCDCON1、LCDCON2、LCDCON3、LCDCON4、LCDCON5等五种类型的寄存器。这些寄存器参数的设置与显示屏信息、控制时序和数据传输格式都有着密切的联系，因此为了保证使显示器达到预订单的显示效果，在设计VGA接口时，按照设备的具体信息进行正确的设置。

（三）控制器的内部结构

该LCD控制器S3C2410的主要作用是传输图像数据，并产生相应的控制信号。该控制器是由控制寄存器、LCDCD―MA、视频信号处理单元、LPC3600和定时信号单元等组件组成。芯片REGBANK中有可编程的寄存器和一些调色板存储器组成，这是用来配置LCD控制器，并设置参数用的。系统的视频数据的传输与存储是通过系统的数据总线利用CDMA快速视频传输信道实现的。

三、VGA接口设计

（一）VGA接口分析

在1987年VGA接口刚刚推出的时代，正值CRT显示器占据主流的时期，当时CRT显示器所使用的是一种阴极射线管，此类阴极射线管主要有偏转线圈、电子枪、荧光粉层、荫罩以及玻璃外壳五个构成部分，电子枪和偏转线圈是其中最为重要的构件，这两部分分别管控图像的颜色以及扫描的时序。两者之中，电子枪可以制造出三条成品字形形状的电子束，三条电子束又分别管控红、蓝、绿的三种颜色，在控制信号中，RGB信号是原始的三基信号，并不存在着制式差异，也就是说可以直接呈现出彩色图像；所谓偏转线圈是借助水平、垂直两个方向的偏转扫描来呈现出完整的图像，而同信号用于控制同步的扫描电路，由于此类信号全部是模拟信号，因此在PC一类的电子产品显示信号的数字亮度以及色差信号就必须经过D/A转换，待取得模拟亮度以及色差信号后，在此基础上转换为RGB信号（即Red、Green、Blue红绿蓝三基色），最后与行同信号以及场同信号一块借助模拟信号接口传输进入到显示器件，而这类信号的传输，正是需要借助VGA接口来实现。

（二）VGA的基本原理

ADV7125芯片用于VGA转换的基本原理是，将S3C2440输出的数字视频信号转换为模拟的VGA输出信号，模拟的VGA输出信号的大小受ADV7125芯片参考电压VREF和外加电阻RSET的控制。

（三）VGA接口设计

在很多工程实践场合，需要把LCD场合转换为VGA信号，是否转换，是由VGA信号的时序决定的。VGA信号是由红（R）、绿（G）、蓝（B）三色信号加上行（H）、场（V）等五部分组成的，而这五种信号时序的配置都是由S3C2440芯片控制的。接下来对VGA信号的时序、硬件连接、及注意事宜进行说明。

（四）VGA时序信号

VSYNC 是场扫描时序中的场同步信号，Tvsync是场显示器扫描1帧完整画面需要的时间；VSYNC信号有480行有效显示行和45行场消隐显示期组成。

三、小结

通过本文的研究分析知，要想在大屏幕显示中实现高分辨率和高刷新率的效果，就得需要比较大的数据带宽，这样会对处理器的频率和总线频率要求提高。而通过本文的设计可以改变这种状况，在普通显示器上就可以实现高配显示器所能达到的效果，将对工程实践具有积极的意义。

参考文献：

[1]张义磊，安吉宇，仲崇亮，等.ARM 芯片S3C2410 驱动TFT- LCD 的研究[J].液晶与显示， 2005， 20（1）：61- 651

[2]吕国亮，赵曙光，赵俊.嵌入式逻辑分析技术及其在FPGA 系统开发中的应用[J].液晶与显示，2007，22（2）：227- 2301