如何使用 FPGA 的嵌入式显示控制应用

图形 LCD 显示器越来越多地设计用于要求苛刻的嵌入式显示控制和视频应用，例如用于工业控制台、自动售货机、汽车和船舶仪表盘组、家用电器、医疗设备和游戏机的人机界面 (HMI)。高效控制器设计的一个关键要求是有效的解决方案扩展以及成本和性能的优化。设计人员通常需要将第三方显示控制解决方案集成到自己的设计中，这就需要稳定且易于与设计人员自己的 IP 模块和处理器接口集成的 IP。
   
系统设计人员正在转向使用可编程逻辑器件（如 FPGA）在他们的设计中实现先进的 LCD 图形解决方案，以支持多种显示器和处理器类型，并在压缩的机会窗口内响应不断变化的市场标准和要求
   
灵活性和防止过时
   
应用程序依赖高带宽帧缓冲存储器控制器来支持用于帧缓冲存储的外部存储器设备。可编程逻辑允许为不同类型的存储器实现强大的存储器控制器，保护制造商在 FPGA 平台上的投资。处理器过时是可编程逻辑提供重要投资保护的另一个领域。FPGA 的灵活性允许通过 USB、SPI 或自定义接口实现处理器接口，从而可以轻松更换处理器或集成到设计人员自己选择的处理器中。

图 1 说明了在 FPGA 中实现的典型嵌入式显示控制设备。嵌入式显示控制设备（在本例中为 FPGA）与主机系统或处理器通信以执行控制任务，并与触摸屏 LCD 面板进行通信以进行显示输出。它与 DDR 存储器接口以进行显示页面存储和刷新，并与用于实时外部视频叠加的视频输入流相连接。主机系统监控状态并向 FPGA 发出命令。FPGA 通过 SPI 实现了视频控制、图形加速、触摸屏界面控制、视频输入缩放、裁剪和定位以及外设扩展等  功能。
   
选择 FPGA 实现的原因
   
在这种情况下，制造商使用莱迪思 LCD-Pro 评估套件及其基于 FPGA 的插件参考设计示例来快速开发自己的 SPI 驱动程序来管理图形外设。视频控制器用于驱动低成本 TFT 16:9 比例 480×272 像素。A/D、D/A 控制器 IP 用于连接低成本 4 线模拟电阻式触摸屏。嵌入式 NOR Flash 用于存储位图应用程序图片和帧。SPI 从机 IP 在基于 FPGA 的视频平台和嵌入式微控制器之间创建了一个低成本接口。基于 FPGA 的增强型图形加速器用于 BitBlt 精灵和文本，以在屏幕上的不同位置再现位图。BitBlt 技术还用于为广告创建嵌入式位图动画。
   
嵌入式显示应用需要支持多个显示器和处理器，同时满足工业、汽车和自动售货机环境中较长的设备生命周期。设计人员通常要求产品线从超低成本扩展到高端 HMI 应用。可编程逻辑提供了渲染复杂嵌入式显示控制应用所需的高性能图形所需的灵活性和计算能力，而无需依赖昂贵的处理器和软件。模块化和配置选项可实现针对成本或性能的有效解决方案扩展和优化。