基于SOPC適用于不同規格LCOS的控制器設計

摘　要：通過在現場可編程門陣列器件中構建軟核處理器（NIOSⅡ）來代替專用集成電路，并在NIOSⅡ中嵌入Ｃ程序，根據給定的規模，自動實現了在不同規模下的各種設計參數的計算。實現了只需要輸入系統參數，就能適用于不同規模LCOS控制器的設計，并且結合USB芯片和特定的程序流程，提高了LCOS控制器的適用性和可靠性，降低了器件的成本。

１　引　　言

校正器作為自適應光學系統的核心部件，在很大程度上決定著自適應技術發展的方向。目前在自適應光學系統使用較多的是變形鏡校正器。

隨著自適應技術在眼底觀測方向的使用，傳統變形鏡校正器顯露出其固有的缺點，由于受校正單元少的限制，變形鏡校正器很難對存在高階像差的眼底成像。因此，校正單元多的液晶校正器開始在眼底觀測領域廣泛使用。與玻璃基板液晶顯示器相比，采用硅基板的液晶顯示器（LCOS）由于具有尺寸小、分辨率高、光效利用率高等優點，成為目前的最佳選擇。作為LCOS驅動電路的核心———為液晶模塊（LCM）提供顯示數據和時序信號的LCOS控制器通常都是由專用集成電路（ASIC）組成。在實際工程應用中，需要各種分辨率的LCOS，由于每一種LCOS都需要專門的顯示控制器，因此LCOS的設計和使用都比較繁瑣。

本設計采用現場可編程門陣列（FPGA）器件來代替ASIC，利用可編程片上系統（SOPC）實現通用LCOS顯示控制器的設計。在使用中只需通過對軟件參數進行修改，即可完成對不同分辨率 LCOS的控制。由于液晶自適應系統需要傳輸的數據量很大，所以為了保證系統的實時性，采用USB２．０協議進行數據傳輸。本文使用了NXP公司的PDIUSBD12的USB芯片、ALTERA公司的ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８器件，采用Ｃ＋＋語言設計了USB驅動程序和固件程序，利用ＶＨＤＬ硬件描述語言設計了通用LCOS控制器并在實際應用中通過測試，基本上實現了通用LCOS控制器的預期目標。

２　系統原理

LCOS的顯示采用逐行掃描方式，即當一行被選通以后，這一行中的各列信號同時加到列上，并維持一個掃描行的時間，當這一時間結束后選通下一行，各列電極施加下一行的顯示電壓。

目前普通的液晶控制器都是由存儲器和控制器組成，由一塊MCU 接收上位機發送過來的顯示數據，并由該MCU分配存儲地址，生成時序信號，把數據存入存儲器中，而后由液晶顯示模塊讀取存儲器中的數據。存儲器的存取速度較慢，在讀寫大批量數據時很費時，很難匹配LCOS的響應速度，并且當更換不同分辨率的LCOS顯示模塊后還需要有新的控制器，存在成本太高且過程煩瑣的缺點。

有鑒于此，本文提出了基于SOPC 設計LCOS控制器的思路，即在FPGA 內構建一個NIOSⅡ軟核處理器和SRAM 存儲器，把SRAM映射到LCOS顯示模塊的數據緩沖區，將NIOSⅡ與PDIUSBD12以DMA 的方式連接，將NIOSⅡ與上位機以串口的方式連接，通過設置LCOS參數和存儲器規模參數在內的各種參數，適應不同分辨率的LCOS；通過DMA方式節省傳輸時間；通過把SRAM 映射到顯示數據緩沖區節省存儲器的存取時間。如圖１所示。

LCOS系統原理圖

圖１　LCOS系統原理圖。