如何設計及實現基于ARM9的彩色TFT－LCD模塊？

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

LQ080V3DG01液晶顯示屏的數據線共18bit，對于24bit的彩色圖像以及24bit的ARM9S3C2440X的TFT-LCD控制器而言，其接口并不兼容。設計中為了適應LQ080V3DG01液晶顯示屏的接口，分別舍棄了8bit R、G、B 值的低2位，測試結果顯示效果良好。如果選用的TFTLCD是24bit數據線，則可以直接連接到LCD控制器相應的數據線。

3 模塊設計方案的實現

3.1 工作流程

在ARM9執行初始化后，主程序就等待外部模塊通過串口發送指令。外接模塊通過RS232串口與本模塊通信，根據通信協議發送不同的指令，實現相應的功能。在約定的串口波特率下，通信協議如下：顯示圖像時首先發送指令0x55，然后再發送圖像在圖像庫中的編號;顯示字符時首先發送指令0x56，然后再發送字符在字符庫中的編號，最后發送字符在液晶屏上顯示的橫軸及縱軸坐標。需要說明的是，在NAND Flash存儲空間中的圖像庫及字符庫是自己定義的，可以重新下載更新。軟件流程圖如圖3示。

圖3 軟件流程圖

3.2 彩色圖像顯示

所設計的模塊支持24bit彩色RGB及JPEG兩種格式的圖像顯示。因為像素數據可以直接送到液晶接口控制模塊顯示，而JPEG格式的圖像則必須經過解碼之后才能顯示，所以圖像在顯示前，需要先判斷圖像數據是什么格式。如果圖像數據是JPEG格式，則必須經過圖像解碼，解碼后得到原始彩色圖像的像素數據值R、G、B，這些數據經過顯示控制單元送到液晶屏顯示。如果圖像是原始圖像的數據，則可以直接送到液晶控制模塊進行顯示。

由于要顯示的圖像存儲在NAND Flash的圖像庫存儲空間，所以在將彩色圖像輸出到TFT-LCD顯示時，首先要將需要顯示的圖像數據從NAND Flash中讀取出來，得到一幅24bit彩色圖像的完整原始圖像數據。原始圖像數據中，一個像素占用3byte，其中R、G、B 各占1byte。將數據輸出給TFT-LCD 顯示前，需要根據LCD接收的數據格式將圖像數據進行轉換，然后才能輸出顯示，圖像數據按照從上到下，自左向右的順序輸出[9]。同樣，將TFT-LCD按照相同的順序進行掃描，最終完成整幅圖像的顯示。

NAND Flash存儲著大量的圖像數據，為了區分不同的圖像數據，將相應的圖像輸出顯示，模塊采用RS232串口與外界通信。通過發送不同的指令，可以將在NAND Flash上存儲的相應圖像讀取出來，輸出在TFT-LCD上，最終實現各種彩色圖像的顯示。

3.3 字符顯示

字符采用16×16點陣，由于每個像素占用3byte，所以每個字符占用768byte?？梢詫⒊Ｓ米址鎯υ贜AND Flash中，作為字符庫使用，需要時調用即可。當顯示字符時，首先要確認相應字符在存儲器中的位置，然后根據地址信息對相應字符進行操作，最后根據字符要顯示的位置在液晶屏上輸出，實現字符在液晶屏上的顯示。

實驗過程中為字符庫分配8Mbyte空間，可以存儲10 922個字符。字符庫還可以實現更新，只需將存儲器NAND Flash對應地址空間的內容替換即可。

4 實驗結果

為了測試模塊的正確性，將一幅分辨率為640×480的圖像AutumnLeaves下載到NANDFlash存儲器中，它在圖像庫中的編號為0x01。

根據串口通信協議，向液晶顯示模塊發送指令0x55，然后再發送圖像在圖像庫中的編號0x01。

顯示模塊接收到指令后，液晶屏顯示效果如圖4所示。測試結果表明，模塊工作正常，發送顯示其他圖像及字符的指令同樣效果良好，運行可靠，達到了模塊方案設計要求。

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