基于DSP+FPGA的圖形顯示控制系統

摘要 提出了一種基于DSP和FPGA的圖行顯示控制系統，以及系統各部分的設計方法和思想。硬件上充分利用DSP高速計算和FPGA并行處理特點；軟件上給出了圖形圖像、漢字字符等的驅動函數。通過鍵盤輸入和圖形圖像顯示的功能，系統驗證表明，系統可以滿足圖像、正弦波、三角波等較為復雜的動態圖形的顯示，效果良好。
關鍵詞 DSP；FPGA；圖像顯示控制

隨著現代電子信息技術的發展，人機交互、圖形圖像數據的輸出顯示在系統設計中越來越重要，一方面要求各種參數的輸入，另一方面要求將數據結構顯示出來。文中設計的基于DSP和FPGA的系統結構，實現了人機交互和各種圖形圖像的輸出顯示，而且可以達到動態顯示的效果。在設計上采用了軟件填充的圖形設計方法，先由DSP生成全局數據緩沖區，填充要繪制的圖形，之后通過DSP的EDMA傳遞給FPGA，FPGA實現顯示屏的接口不斷掃描，將數據送到顯示屏顯示。同時FPGA連接鍵盤接口，通過掃描法掃描鍵值，之后通過中斷方式送到DSP，使DSP對各種輸入進行控制。整個系統的結構圖如圖1所示。

1 系統功能
為實現顯示系統的基本功能，系統要求實現人機交互，通過鍵盤輸入各種鍵值，選擇或輸入各種參數，因此設計了6×6的矩陣鍵盤，可以輸入26個英文字母和0～9共10個數字，鍵盤的接口連在FPGA上，FPGA將掃描到的鍵值以中斷方式送到DSP，DSP根據輸入的參數進行處理。
對于顯示部分，系統要求提供各種驅動函數，可以實現畫點、畫線、畫方框、畫矩形、填充矩形、畫橢圓、填充橢圓、畫圓、填充圓、顯示漢字、數字、英文字符以及圖標Logo等功能，在這些基本畫圖函數的基礎上可以實現各種復雜圖形的顯示。
總的實現方式是在DSP內部開辟一緩沖數據區，DSP將要輸出的圖形數據填充至數據緩沖區，需要顯示時，DSP啟動EDMA，通過總線將緩沖區的數據送至FPGA，在FPGA內開辟一雙口RAM，一端接收DSP傳輸的緩沖區的數據，保存在雙口RAM中，另一端將雙口RAM中保存的緩沖區數據讀出，以不斷掃描的方式按照顯示屏的時序將數據顯示在顯示屏上。

2 系統硬件設計
DSP具有高速處理的特點，運算速度快、FPGA并行處理能力強，常用于設計一些接口。DSP和FPGA相互結合的結構，能充分發揮二者的優點，選用各種復雜的系統。
顯示控制系統采用的DSP是TI公司的TMS320C6713，它是TI公司推出的一款高性能的數字信號處理器。FPGA采用的是Altera公司Cyclone系列的一款芯片EP3C78017，這是一款高性價比的FPGA芯片。FPGA和DSP通過DSP的外部總線接口EMIF連接。為便于系統的擴張，將FPGA映射在DSP的CE2和CE3的地址空間，對應的存儲器映射地址分別為0xA0000000和0xB0000000。
由于要加載字庫，系統需要大容量的數據存儲器來存儲字庫數據和數據緩沖區，而DSP的內部RAM只有不到200 kB，因此需要擴展系統的數據存儲器。系統外掛了一個SDRAM，它依然通過DSP的EMIF接口和DSP相連接，連接在DSP的CE0空間，對應的存儲器映射地址為0x80000000，SDRAM的型號為MT48LC2M32BTG。
顯示屏是640×480點陣的EL LCD寬溫顯示屏，其上下半屏同時掃描的雙掃描單色顯示屏，由于寬溫特性，多用在工業和軍事中，型號是EL640.480 AF1 ET。