多媒體協處理器SM501在嵌入式系統中的應用

引言

近年來，從手持消費電子到工業控制系統，嵌入式處理器的應用已經深入到人們工作和生活的方方面面，在某些應用領域，系統需要提供如1280×1024這類高分辨率的顯示界面，而多數嵌入式處理器不能支持，或者在高分辨率下提供的顯示效果不好。

通常，一個帶有lcd顯示器的arm系統如圖1所示。

在該系統中，arm處理器將lcd顯示器的數據存放于sdram中的lcd幀緩沖區中，由處理器中的lcd控制器提取lcd幀緩沖區中的數據并輸送給lcd顯示器。一個lcd控制器的時鐘信號有3種：framesync（場同步）、linesync（行同步）和lcd_dclk（數據時鐘）。在lcd_dclk的作用下，lcd控制器將lcd數據信號并行輸出到lcd顯示器。顯然，一個lcd_dclk時鐘只能輸送一個像素點的數據，根據文獻，tft lcd的刷新頻率一般在60赫茲，因此，一個具有m×n像素點的lcd顯示器，在1s的時間中，要求lcd控制器傳送像素點總數為（m×n×60），即lcd控制器的lcd_dclk的頻率必須大于（m×n×60）赫茲，以便保證lcd顯示器的正常顯示。因此，嵌入式處理器芯片lcd控制器支持的最大分辨率與lcd_dclk時鐘頻率有關；然而lcd_dclk是從處理器系統的ahb總線時鐘hclk通過分頻計算得出的，所以，lcd控制器支持的最大分辨率與系統hclk有關，為確保嵌入式處理器系統處在良好的工作狀態，一般不使用最大分辨率進行顯示，以samsung公司的s3c2410為例，在tft lcd模式下，典型的實際支持的最大分辨率為640×480。另外，受到arm處理器lcd幀緩沖區大小的影響，在達到最大分辨率時，lcd數據的位寬度降低，這使得顯示效果變差。

如何才能使嵌入式處理器應用在高分辨率的場合呢？sm501圖形加速芯片的出現很好地解決了這個問題。

1 sm501圖形加速芯片簡介

sm501是一款便攜式多媒體協處理器芯片，專門為嵌入式工業提供補充功能，具有視頻和2d能力，為了降低系統的成本，它支持多種輸入/輸出接口，包括模擬rgb、數字lcd屏接口，8位并行接口、usb、uart、irda、zoom video、ac97或i2s、ssp、pwm和i2c，同時它還帶有gpio，便于與外部器件連接。sm501的2d引擎包括一個前端色彩空間轉換器，支持4：1和1：8的比例，視頻引擎支持在每個像素點8位，16位或32位數據寬度時2個不同的視頻輸出（雙顯示屏），為每個視頻輸出提供三色硬件指針，lcd視頻流水線支持一個黑點yuv色彩空間轉換，比例為4：1和1：212，放大視頻（zoom video）接口包括mpeg解碼或tv輸入的外部電路接口。

sm501的系統框圖如圖2所示。

2 sm501的2d圖形引擎

通過將優化的128位的2d圖形引擎和一個與本地幀存儲器連接的高帶寬鏈接相結合，sm501提供面向工業的2d圖形加速功能，2d圖形引擎也包含一個命令翻譯器（一個增強型的dma引擎），對于工作在150m赫茲的32位數據寬度的sdram，sm501的dma引擎讀取2d操作數的帶寬可達600mb/s，這么高的存儲器帶寬使得2d引擎在無須等待和流水線停止工作的情況下高速運行，當它在讀取和翻譯命令時，命令翻譯器也可以有條件的轉到存儲器空間的另一個地址上，等待由其他模塊發送過來的狀態信息，2d圖形引擎同時還包含一個色彩空間轉換單元，該單元允許從許多的yuv模式直接翻譯到rgb模式，2d圖形引擎還帶有一個雙線性標量器，它可以支持4：1的壓縮和1：216的拉伸，sm501支持存儲器工作在uma和本地32位模式下。

3 sm501的lcd接口

sm501的lcd邏輯模塊可以直接驅動一個18位或24位的tft lcd顯示屏；同時也支持12位的cstn屏，通過一個顫抖引擎（dithering engine）可以得到有效的18位顯示效果。支持的最大屏的大小為1280×1024。通過硬件和軟件可控制lcd顯示屏上電順序，sm501與一個24位tft lcd顯示屏的接口電路如圖3所示。

由圖3可知，該接口電路的設計與一個嵌入式處理器和tft lcd的接口電路的設計是相同的，因此，設計起來很方便。

4 具有sm501的嵌入式系統設計

一個具有sm501的嵌入式系統如圖4所示，系統中arm處理器將lcd的數據放入sdram的幀緩沖區中，然后將顯示工作交給sm501處理。通過2d圖形引擎，sm501從sdram的幀緩沖區中讀取數據，并將這些數據輸送到lcd顯示器，這樣一來，lcd的數據沒有經過arm處理器的lcd控制器。因此，lcd數據的傳輸不受arm處理器的hclk時鐘的影響，達到了支持高分辨率的設計要求。
綜上所述，sm501為arm處理器支持高分辨率顯示提供了良好的解決方案。同時它還帶有模擬rgb等豐富的在片資源，為arm系統功能的進一步擴展，提供了方便。