基于S3C2410和CH7004的嵌入式系统VGA接口设计

　　1 引言

　　嵌入式系统在各种领域应用极为广泛，其中一种很常见的应用是嵌入式Linux智能终端设备，针对工控领域的应用特点，这种类型的设备往往集控制单元、显示键盘单元、数据采集单元、GPIO单元以及通讯单元（以太网、GPRS、串口等）等于一体，可进行实时数据处理和控制。

　　嵌入式系统的终端显示倾向选择LCD显示器。但在大屏幕显示情况下，大型工业级LCD液品显示器造价高。选择性少。而为嵌入式系统增加标准VGA接口可很好地解决该问题。支持VGA接口的显示设备众多且价格相对较低，而且显示设备的更换不会对嵌入式系统产生影响。ARM9器件S3C2410在嵌入式系统中应用广泛。这里主要针对该处理器介绍基于CH7004的嵌入式系统VGA接口设计。该设计方案硬件设计和软件实现简单，成本较低，从而为嵌入式设备提供了简单有效的大屏幕图像显示解决方案。

　　2 VGA接口

　　说到VGA接口，相信很多朋友都不会陌生，因为这种接口是电脑显示器上最主要的接口，从块头巨大的CRT显示器时代开始，VGA接口就被使用，并且一直沿用至今，另外VGA接口还被称为D-Sub接口。很多人觉得只有HDMI接口才能进行高清信号的传输，但这是一个大家很容易进入的误区，因为通过VGA的连接同样可以显示1080P的图像，甚至分辨率可以达到更高，所以用它连接显示设备观看高清视频时没有问题的，而且虽然它是种模拟接口，但是由于VGA将视频信号分解为R、G、B三原色和HV行场信号进行传输，所以在在传输中的损耗还是相当小的。

　　（1）VGA接口引脚表1为15针VGA接口引脚信号的定义列表。

　　（2）VGA接口时序VGA接口有多种时序，应用时根据具体需要选择不同的时序。

　　3 LCD控制器内部控制寄存器

　　LCD液晶显示器是LiquidCrySTalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。它是从产品性能、环境保护、经济可行性的角度，考虑产品开发全生命周期（包括产品设计、原材料的提取、产品的制造、包装、销售和使用、用后的回收与处置全过程）的污染预防要求，多级使用资源与能源，以降低产品生产和消费过程对环境的影响，使其与地球的承载能力相一致。

　　LCD控制器内部有5个控制寄存器：LCDCON1~LCD-CON5.LCDCON1控制像素时钟、扫描模式和颜色模式；LCDCON2控制帧同步脉冲宽度、帧有效行数及帧同步前、后的无效行数：LCDCON3主要控制行有效像素点数以及行同步前、后的无效像素点数：LCDCON4主要控制行同步脉冲宽度：LCDCON5主要控制行、场同步脉冲和数据有效信号极性，16位色颜色格式。数据输出与像素时钟跳变关系。

　　3.1 CH7004器件简介

　　CH7004是Chrontel公司生产的一款数字转换为模拟的视频编码器，其内部编码器支持NSTL、PAL两种视频制式，通用数字输入接口支持8、 12、15、16和24位数字RGB或者YCrCb格式输入，支持5种图像分辨率，内部集成3路相互独立的高速视频数模转换器，可由用户控制输出模拟 RGB或YUV，提供I2C接口供用户控制器件工作模式。

　　4 VGA接口设计

　　S3C2410处理器的LCD控制器用于产生图像数据、VGA接口时序（640x480，60 Hz）以及配置CH7004的工作模式。CH7004将数字图像数据模拟化，最终产生的模拟图像信号供支持VGA接口的显示器显示。VGA接口的硬件连接见图2.

　　这里选择（640x480，60 Hz）模式，是由实际需要和硬件特性决定的：（1）嵌入式系统中的图像尺寸大多低于640x480，采用这种VGA模式显示不会丢失任何原始图像信息； （2）VGA的每种显示模式所要求的像素时钟不同，而S3C2410内部LCD控制的像素时钟由器件的主频分频而来，在各种分频后的像素时钟里只有25. 25 MHz（202 MHz主频进行8分频）与VGA模式中的（640x480，60 Hz）模式所要求的像素时钟25.175 MHz最为接近，微小的像素时钟偏差不会影响VGA接口显示；（3）16位色情况下，（640x480，60 Hz）模式数据流带宽为35.2 MB/s，因而不会堵塞S3C2410数据总线，不影响处理器的其他控制、数据处理操作。

　　CH7004的数据输入端口D0~D15与LCD控制器的相应数据输出端口连接，LCD控制器的像素时钟VCLK通过XCLK端输入CH7004内部， ADDR为低设置CH7004的I2C总线地址，为0x76.CH7004输出端需考虑视频信号阻抗匹配问题，否则会出现图像重影、雪花、或边缘有波纹等问题。

　　5 LCD控制器和CH7004配置

　　5.1 LCD控制器的设置流程

　　将LCD控制器工作模式设置为（640x480，60 Hz），16位色（5:6：5），TFT模式。

　　（1）将系统主时钟（FCLK）设置为202 MHz，外设时钟（HCLK）设置为101 MHz;

　　（2）将LCD控制器外部端口设置为TFT作模式；

　　（3）开辟1块大小为600 KB（640x480x2 Bytes）用于存放数据的连续内存区域；

　　（4）设置LCD控制器的控制逻辑寄存器LCDCON1~LCD-CON5.其中，LCDCON1：设置像素时钟（VCLK）从系统主频分频的分频系数 CLKVAL=1，VM的触发速率为每帧触发，显示模式TFT，单像素颜色位数16位。禁止LCD控制器数据输出和控制信号产生ENVID=0; LCDCON2：设置帧同步后无效行数VBPD=32，帧有效行数LINEVAL=469;帧同步前无效行数VFPD=9，帧同步宽度VSPW=1; LCDCON3：行同步后无效像素点数HBPD=47，行有效像素点数HOZVAL=639，行同步前无效像素点数HFPD=15;LCDCON4：行同步宽度HSPW=95;LCDCON5：图像在内存的存储方式设置为小端存储BPP24BL=0.16位色图像为5:6：5格式FRM=1，像素时钟 VCLK设置为上升沿传输一个像素数据，行同步脉冲设置为负脉冲有效INVVUNE=1，帧同步脉冲设置为负脉冲有效IN-VFRAME=1，LEND信号极性设置正常模式INVLEND=0，PWREN信号设置有效设置PWREN=1，LEND信号输出为允许ENLEND=1.

　　（5）允许视频数据输出和时序控制ENVID=1.

　　5.2 CH7004工作模式配置

　　CH7004C内部有25个工作模式控制寄存器。与此设计模式相关的寄存器有4个：显示模式寄存器（Display Mode），输入数据模式寄存器（Input Data Format），时钟模式寄存器（Clock Mode），同步信号极性寄存器（Sync Polarity）。通过配置CH7004内部工作模式控制寄存器的使CH7004与LCD控制器工作相对应。

　　将CH7004 工作模式设置为与国LCD控制器相一致。图像大小为640x480，输入数据为16位5:6：5格式。数据不经制式编码器而直接送人内部D/A转换器。对 CH7004的配置顺序为：（1）Display Mode寄存器设置640x480显示模式，可选择的模式为13~17.（2）Input Data Format寄存器设置为16位色。RGB5:6：5格式，RGB信号旁路。选择旁路模式使得RGB输入图像信号不经视频编码器而直接送入D/A转换器。 （3）Clock Mode寄存器设置为像素时钟上升沿锁存图像信号。（4）Sync Polarity寄存器设置行、场同步负脉冲有效，行、场同步信号由外部处理器产生并南CH7004的V、H端口输入。在实际操作中，系统上电后，处理器只需配置CH7004内部的输入数据模式（Input Data Format）寄存器，其他寄存器直接使用复位默认值。

　　5.3 CH7004的I2C总线配置时序

　　S3C241O配置CH7004的I2C总线的步骤：（1）在I2C总线上首先产生CH7004片选地址0x76和读写位（0：写；1：读）；（2）产生某一寄存器的片内偏移地址；（3）产生配置数据。PC控制器一个操作步骤结束后，必须等获得CH7004发出正确操作答复，才能继续执行下一步操作。图3 为CH7004的I2C读写时序图。

　　6 测试与结论

　　实验证明。色条图像通过VGA接口在显示器上显示效果良好。介绍的VGA接口设计方法使用S3C2410处理器和CH7004视频编码器件，具有硬件设计、软件实现简单，价格低廉的特点。为嵌入式设备提供了简单有效的大屏幕图像显示解决方案。