作者：無錫商業職業技術學院 王立鳳

摘要：許多嵌入式系統需要支持高分辨率的LCD顯示器。SM501是用來提高嵌入式系統顯示能力的一款芯片。文中介紹SM501的基本架構，以及一個基于SM501的系統設計。

關鍵詞：嵌入式系統　TFT LCD　多媒體協處理器　SM501

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1 280×1 024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。

圖1 帶有LCD顯示器的ARM系統框圖

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 Hz，因此，一個具有M×N像素點的LCD顯示器，在1 s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） Hz，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。

圖2 SM501系統框圖

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150 MHz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600 MB/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地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1 280×1 024。通過硬件和軟件可控制LCD顯示屏的上電順序。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。

圖3 SM501與TFT LCD顯示器的接口電路

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AR