一種基于ARM9的彩色TFT－LCD模塊設計及實現

　　圖1中的信號定義如下：

　　VSYNC：LCD控制器和LCD之間的幀同步信號，高電平有效時表示一幀圖像的起始。

　　HSYNC：行同步信號，由水平有效像素的大小決定。

　　VCLK：LCD時鐘信號，在一個時鐘周期內數據送入LCD移位寄存器內。

　　VDEN：數據使能信號，高電平表示數據有效。

　　LEND：行結束信號。

　　VD[23：0]：RGB數據信號線。對于24bitTFT-LCD，R、G、B各占8位;而對于16bit TFT屏有兩種方式：5∶6∶5及5∶5∶5+1，使用時需要注意要與相應TFT-LCD的信號相一致。

　　2.1.2 數據存儲模塊

　　NAND Flash是一種固態內存，與EEPROM相比，具有讀寫速度快的優勢;與SRAM 相比，具有非易失性等優勢。圖像尤其是彩色圖像數據量大，因此需要考慮使用大容量的存儲器來存儲圖像數據。另外，考慮到斷電后數據的非易失性，因此選擇NAND Flash作為存儲器件。

　　數據存儲單元NAND Flash包括圖像庫及字符庫，其中字符庫存儲容量是8Mbyte，圖像庫存儲容量是56Mbyte。模塊選用NAND FlashK9F1216U0A作為圖像的存儲器件，它的容量大小為64M×8bit，其中每頁是(512+16)byte，塊大小是(16k+512)byte;隨機讀取一頁數據的最大時間是12μs，而向NAND Flash寫入一頁數據的典型時間是200μs。以分辨率為640×480的RGB 彩色圖像為例，圖像數據大小是900byte，因此將此圖像寫入Flash的最大時間是341μs，然后將此圖像從Flash讀出的最長時間是21μs。

　　以分辨率為640×480的RGB格式彩色圖像為例，56Mbyte的圖像存儲容量可以存儲62幅圖像，完全可以滿足大容量存儲的要求。在存儲圖像數據的編程過程中，由于NAND Flash是以頁為單元進行數據存儲，這就意味著一幅圖像需要占用多個頁的存儲空間。需要注意的是，由于NAND Flash器件存在壞塊單元，而且壞塊是隨機分布的，因此需要對壞塊進行標記處理，對它們標記為不可用，這樣就避免了由于壞塊單元引起的數據存儲錯誤。

　　2.1.3 JPEG圖像解碼

　　JPEG是一種目前廣泛使用的靜態圖像壓縮標準，它以其顯著的壓縮效率和較低的圖像質量損失獲得了廣泛應用，成為國際通用的標準。

　　JPEG的目的是提供一種使用于各種連續色調圖像的壓縮方法，并且能夠易于硬件實現，具有良好的性價比。為了滿足各種應用需求，它提供了兩種壓縮編碼技術：基于離散余弦變換(DCT)的有損壓縮編碼和基于DPCM 的無損編碼，這兩種編碼方式可以采用4種操作模式來實現：順序編碼、累進編碼、無損編碼及層次編碼。其中基于DCT變換的順序編碼方式最常用。

　　以基于離散余弦變換的順序編碼方式來說明JPEG圖像解碼的過程。圖像解碼是壓縮編碼的反過程，解碼的碼流起始位置標志信息，解碼器根據JPEG壓縮圖像的文件頭信息，得到原始圖像的基本信息。得到原始圖像信息后，解碼器根據JPEG文件中的霍夫曼表進行解碼。由于熵編碼過程中使用霍夫曼編碼分別對DC及AC系數進行編碼，其中系數編碼的順序采用zig-zag序列，因此實現解碼時需要考慮這些相關實現過程，詳細信息請參考相關文獻[5]。根據量化系數表，經霍夫曼解碼后的系數與相應的量化值進行乘積，然后進行反余弦變換。需要注意的是，JPEG 圖像使用的是YCrCb模型，其中Y 是亮度分量，Cr及Cb是色度分量，需要將系數的色彩空間從YCrCb轉換到RGB空間，最終得到圖像的R、G、B 數據值，這些數據才可以在液晶顯示屏上顯示。

　　根據JPEG 文件交換格式提供的資料文獻[6]，YCrCb色彩空間到RGB色彩空間的轉換見公式(1)。

　　考慮到延時應盡量小，程序在NOR Flash存儲器上執行效率低。圖像解碼算法中應合理安排在ARM9中的內存分配。設計過程中將頻繁訪問的程序代碼及數據搬運到ARM9內部高速緩沖存儲器中，從而提高編碼的效率。由于順序編碼方式最常用，它通常稱為JPEG 基本系統(BaseLine)。設計過程中，實現的JPEG 圖像解碼支持順序編碼，完全可以滿足應用要求。

　　2.2 TFT-LCD LQ080V3DG01

　　實驗中選用LQ080V3DG01彩色液晶顯示模塊測試設計效果。LQ080V3DG01 由彩色TFT-LCD面板、驅動電路、控制電路、供電電路及背光單元組成。它支持最大分辨率為640×480的圖形和文字顯示，數據輸入格式為18bit，其中紅綠藍各占6bit，提供的顏色共262 144種。

　　TFT-LCD需要+3。3V或+5V供電電壓，背光需要交流電源供電。輸入的控制信號有4個：幀同步信號VSYNC、行同步信號HSYNC、數據使能信號ENAB及時鐘信號CK。數據線寬度是18bit，紅綠藍各占6bit，分別是R [0∶5]、G [0∶5]及B [0∶5]，顏色配置信息如表1所示。

表1 輸入數據信號及顏色顯示配置