原创 S1D13706在便携式DSP图像处理系统中的应用

 2009-9-20 09:35  2247 4 4 分类: 处理器与DSP


作者：彭彰,吴晓娟,耿磊时间：2006-12-01 来源:

摘要:在车载疲劳检测系统中,需要小尺寸、低功耗、具备便携性并能在复杂光照条件下显示的液晶屏. 从实用角度考虑,介绍了EPSON 公司生产的液晶屏控制芯片S1D13706 的原理与使用,实现了车载DSP 处理图像在高反射薄膜晶体管液晶显示器(HR2TFTLCD) 上的显示,为各种便携式图像处理系统显示模块的设计提供了一种可以借鉴的方法,并在接口设计、数据传输、电源选择等方面提供了一些有价值的经验关键词:车载系统;DSP;液晶显示屏;S1D13706 0引言疲劳驾驶是引发恶性交通事故的重要原因之一.世界各国正积极开展疲劳检测系统的研究,并出现了一些基于DSP的实用化产品.DSP以其运算能力强、速度快、价格低而成为数字图像处理芯片的首选.而液晶显示(LCD)因具有低工作电压、微功耗、体积小、重量轻、显示直观、便于操作等特点被广泛应用于各种便携式系统.如果能够将DSP处理的图像在LCD上实时显示出来,无疑会提高DSP图像处理系统的直观性、实时性及开发效率,也将使LCD得到更广泛的应用. 在文献【1】中采用S1D13504芯片实现了DSP系统图像处理的TFT2LCD显示,但S1D13504专用于大尺寸液晶屏显示,不适于便携式系统,而且需要外接FPM/EDO(快页模式/扩展数据输出)DRAM.笔者针对车载DSP图像处理系统的特殊情况,创新性采用EPSON公司生产的显示控制芯片S1D13706,提出了一种无需外接RAM的基于DSP控制的中小尺寸液晶显示模块的设计,实现了DSP处理图像在车载TFT-LCD上的显示. 1系统总体设计本设计应用于车载疲劳检测系统的液晶显示模块.系统工作流程如下:首先对系统内部寄存器进行初始化,模拟图像数据通过摄像头采集后,经过视频解码芯片转换为数字信号,再经FIFO输入处理器进行图像的增强、分割、特征提取等,通过DSP处理器中的疲劳检测算法识别驾驶员是否疲劳,同时经液晶控制芯片S1D13706将图像信号输出至LCD实时显示,并根据识别结果在可能发生交通事故时启动报警系统,提醒驾驶员注意安全.系统的总体结构如图1所示. 图1系统总体设计框图软件工作流程如图2所示. 图2疲劳检测系统工作流程图 2系统硬件设计系统的DSP采用TI公司C6000系列DSP中的TMS320C6211.C6000是TI公司发布的面向视频处理领域的高速数字处理器,适用于图像监控、移动通信基站、雷达系统等需要高速度和高度智能化的应用领域.由于液晶控制芯片S1D13706内建80K字节的SDRAM,可完全满足本系统需要,因此无需外接RAM.显示模块的接口结构如图3所示. 图3显示模块接口结构图 2.1S1D13706 液晶控制芯片S1D13706芯片是一种适用于彩色/单色LCD的液晶屏控制芯片,是EPSON公司针对中小尺寸液晶图形显示应用而设计的.其主要特点: (1)内置80K字节的显示存储器,支持64K颜色显示; (2)可以直接连接EPSOND-TFD和SHARPHR-TFT系列产品的LCD控制器; (3)可实现高达18位数据宽度的接口; (4)其特有的硬件旋转、画中画、虚拟显示等特效显示功能,为LCD提供了多样而灵活的显示方式,解决了软件处理的速度慢和工作量大等弊端; (5)高集成度提供了低功耗、低价格、小尺寸、单芯片等众多优点,满足便携式设备尤其是对尺寸和功耗敏感的嵌入式系统的需求,是解决车载系统图形显示的完美方案. S1D13706芯片与DSP接口部分主要包含数据总线D[15:0](16位)、地址总线A[16:0](17位)、片选信号CS#、显存/寄存器选择信号M/R#和读写控制信号R/W#.A17信号可作为M/R#的选择信号,DSP的时钟输出可作为S1D13706芯片的总线时钟信号(CLKI).S1D13706芯片的WAIT#信号与DSP的READY信号连接.S1D13706芯片与TFT2LCD接口中的FPDAT[17:0]为18位数据总线,用于传输图像数据.FPFRAME为帧同步信号,作为每帧图像的显示脉冲.FPLINE为行同步信号,作为图像每行数据的显示脉冲.FPSHIFT为列同步信号,作为每个像素的显示脉冲.GPIO0为省电信号,GPIO1为门驱动的时钟信号,GPIO2为连接到IR3E203芯片的输入端SW的输出信号REV,GPIO3为LCD模块需要的左/右扫描采样开始信号(SPL),GPO连接到LCD模块的MOD信号端,控制液晶显示平板的启动时序. 2.2HR-TFT LCD LQ039Q2DS54简介 HR-TFTLCD(高反射薄膜晶体管液晶显示器)具有高分辨率、高对比度、宽视角、低功耗、重量轻等优点,与普通TFT-LCD相比集成了冷阴极荧光管(CCFT)前光照明系统,因此在明亮光线下仍能清晰地显示,非常适合在驾驶室内亮度变化较大的场合中应用.根据车载DSP图像处理系统的特殊性,本方案选择了SHARP公司3.9英寸TFT有源型彩色液晶显示模块LQ039Q2DS54.它由TFT彩色LCD屏、驱动芯片、FPC引线、前置灯光、触摸屏及后封板组成.点阵形式为320×240,可以显示图形和文字,最多可以显示262144种颜色.LQ039Q2DS54与众多的TFT一样,每一像素采用18位的编码方式(红、绿、蓝各6位).LQ039Q2DS54实图如图4所示. 图4LQ039Q2DS54实图 2.3LCD模拟脉冲电压的选择液晶模块需要10个等级的标准模拟脉冲电压V0～V9,用于LCD模块内部产生灰度显示时的参考.这些电压直接影响LCD显示的色彩和灰度的准确性,对其数值精度要求较高.同时,由于它们是脉冲信号,所以要求边沿陡,以保证显示点清晰.图5为V0～V9的波形示意图,V0～V9的幅度参数要求如表1所示. 图5脉冲电压V0～V9的波形示意图表1中电压信号的产生在原理上可以选用高精度电阻构成阵列,用电阻分压法产生基准电压,再由二选一开关按照LCD显示的帧频率进行高速切换,输出端就可获得所需的标准模拟脉冲电压.其中,二选一开关选用LMC6009,该部分电路如6所示. 图6用精密分压电阻矩阵产生LCD模拟灰度电压然而,电阻阵列法用起来比较繁琐,并且存在较大的误差.在本设计中采用SHARP公司的IR3E203芯片用于产生液晶模块需要的10个等级的标准模拟脉冲电压V₀～V₉,可保证相当高的数值精度.液晶控制器S1D13706的输出信号REV连接到IR3E203芯片的输入端SW,交替产生10个等级的灰度电压的高低幅值.图7是IR3E203的连线示意图,其中COM信号用于产生液晶模块所需要的部分电源信号. 图7用IR3E203产生LCD需要的模拟脉冲电压电路图 3系统软件设计系统软件设计主要包括S1D13706芯片的显示控制初始化程序和DSP的数据传输控制程序.对于后者,需要根据系统的不同结构和要求编写,而前者则具有一定普遍性.在LCD开始显示之前,必须首先对芯片内部寄存器进行初始化,设定LCD显示模块的参数,如单彩色、图像尺寸、分辨率、显示速度等,才能保证LCD正常工作.设定DSP对此芯片的显存/寄存器选择信号M/R#、片选信号CS#和读写控制信号R/W#后,可根据地址总线查找对应寄存器并进行初始化.下面给出本系统中S1D13706芯片的初始化流程图(图8). 图8S1D13706初始化流程图在本系统中,HR-TFTLCD显示屏LQ039Q2DS54的分辨率为320×240,数据宽度为18bit,使用的颜色深度为8bpp(bit-per-pixel),可以显示256色.根据对应寄存器的功能,需要将平板类型寄存器REG[10h]设定为0x6A,显示无效时将显示模式寄存器REG[70h]设定为0x83(bit7=1),显示有效时设定为0x03(bit7=0). 关闭显示时,设定变量pRegs为指向寄存器首地址的指针,相关命令语句为: (pRegs+0x70)\|=0x80; 寄存器初始化时,S1D13706Mode是一个保存寄存器模式初始值的数组,index为数组数据地址,value为寄存器初始值.其命令语句为: while(1) {if((S1D13706Mode[idx].index==0xffff)&& (S1D13706Mode[idx].value==0xffff)) break; (pRegs+S1D13706Mode[idx].index)= (BYTE)(S1D13706Mode[idx].value); idx++; } 对LUT(Look-up-table)进行编程时,设定LUTColor为颜色查找表矩阵(图10).相关命令语句为: for(idx=0;idx<256;idx++) {(pRegs+0x0A)=LUT-Color[3idx];//红色 (pRegs+0x09)=LUT-Color[3idx+1];//绿色 (pRegs+0x08)=LUT-Color[3idx+2];//蓝色 (pRegs+0x0B)=(BYTE)idx; } 开始显示时,需要设置寄存器REG[70h]第7位为0.命令语句为: tmp=(pRegs+0x70); (pRegs+0x70)=(BYTE)(tmp&～0x80); 对于Little-Endian(小模式)系统的8bpp模式,从显存中输出的8位数据作为R,G,B颜色查找表(LUT)的索引,如图9和图10所示,分别得到LUT中的6位R,G,B数据,共18位,由FPDAT[17:0]输出至HR2TFTLCD对应的数据接口D[17:0].对LUT编程后,每8位数据对应一种颜色值,共可输出256种颜色,可满足车载DSP疲劳检测系统的视觉需要. 图98bpp数据流及显存组织结构图图108bpp彩色模式下数据输出通道系统使用C6000CodeComposerStudio2.2DSP集成开发环境,采用汇编语言和C语言混合编程,完成对TMS320C6211DSP芯片的开发和调试,实现了DSP处理图像在HR-TFTLCD上的显示. 4结论* S1D13706芯片具有较高的显示性能,它能支持多种显示形式和多种CPU接口,可用于为系统开发多彩色LCD显示.S1D13706芯片与DSP的接口简单,并且无需外接RAM作为显示缓冲区.当S1D13706芯片各个寄存器进行初始化后,DSP的图像数据可在LCD上连续显示.在本文中提供了一种以该控制芯片为核心的LCD液晶显示模块的创新性软、硬件设计方案,实现了DSP处理图像在HR-TFTLCD上的显示,为各种便携式DSP图像处理系统显示模块的设计提供了一种可以借鉴的方法. 参考文献: [1 ] 金月寒,刘文耀. 基于DSP 系统的彩色TFT2LCD 液晶显示设计[J ] . 微型机与应用,2003 , 22(7) :24226. J IN Yue2han , LIU Wen2yao. Colorful TFT2LCD design basedon DSP system [ J ] . Micro2Machine & Application , 2003 , 22 (7) :24226.