目前對液晶屏的控制顯示多采用單片機(jī)、FPGA或CPLD作為控制器，編制程序多采用匯編語言或C51程序。本文以控制器和顯示屏集成一體的小型號LCM19264圖形點陣式液晶顯示器為例，提出并實現(xiàn)了一種新型的基于S3C2410A CPU和KS0107控制器的嵌入式液晶屏接口系統(tǒng)，適用于POS機(jī)等許多應(yīng)用領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價值。

1 ARM微處理器及開發(fā)環(huán)境

1.1 ARM核心板采用S3C2410A

嵌入式系統(tǒng)的硬件核心是嵌入式微處理器，ARM處理器是目前公認(rèn)的業(yè)界領(lǐng)先的32位嵌入式RISC微處理器，它具有體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展，功耗低，成本低和支持處理實時多任務(wù)等特點，成為設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時32位RISC芯片的首選，也是許多行業(yè)嵌入式解決方案的RISC芯片標(biāo)準(zhǔn)[1]。


16/32位RISC處理器S3C2410A 采用了ARM920T內(nèi)核，0.18um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲器單元[2]。它的低功耗、精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。它一方面具有處理器的所有優(yōu)點：低功耗、高性能；同時又具有非常豐富的片上資源, 非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。

1.2   ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

開發(fā)中嵌入式操作系統(tǒng)選用標(biāo)準(zhǔn)的LINUX2.4內(nèi)核版本。為了滿足嵌入式核心板的系統(tǒng)性能要求，需要對內(nèi)核進(jìn)行一定程度的裁減修改，對某些功能模塊進(jìn)行合理的配置。其中對指定的端口地址進(jìn)行映射是必不可少的。采用專用的FPGA下載電纜即可將編譯通過的Linux內(nèi)核下載移植到核心板的 S3C2410A中。內(nèi)核的啟動Bootloader使用了vivi。這里的交叉編譯器采用的是Arm-Linux-Toolchains；而 S3C2410A整個根目錄則使用了可讀寫的yaffs文件系統(tǒng)[4]。開發(fā)調(diào)試中可通過串口或網(wǎng)口來實現(xiàn)宿主機(jī)對目標(biāo)板的控制使用。

2 基于S3C2410A的液晶屏接口設(shè)計

2.1 S3C2410A與KS0107的接口控制
S3C2410A的存儲系統(tǒng)地址空間總共由8個存儲器Bank構(gòu)成，每個Bank 128M字節(jié)，總共1G字節(jié)/8Banks。6個是ROM、SRAM等類型存儲器Bank。剩下的2個可以作為ROM、SRAM、SDRAM等存儲器 Bank。除Bank0只能是16/32位寬之外，其他Bank都具有可編程的訪問大小，可以是8/16/32位寬。前7個存儲器Bank有固定的起始地址，最后一個Bank的起始地址是可調(diào)整的，最后兩個Bank的大小是可編程的，且所有Bank的訪問周期都是可編程的。Bank0 的數(shù)據(jù)總線（nGCS0）必須首先設(shè)置成16位或32位的。因為Bank0通常作為引導(dǎo)ROM區(qū)（映射到地址0x0000-0000）。Bank6和 Bank7通常分給SDRAM.。S3C2410A接16/32位或多片8位存儲器時地址線需要錯位連接。


系統(tǒng)選用LCM19264系列液晶模塊，LCM19264點陣液晶屏單色液晶模塊帶有KS0107控制器，點陣形式為192 x 64，8位雙向數(shù)據(jù)總線，可以顯示圖形和文字。3個控制芯片，管理8頁(每頁為8行像素)和192列(每個芯片各自控制64列)的圖形屏幕，因此構(gòu)成了 192列，64行的像素矩陣，即所能使用的顯示范圍。
LCM19264型圖形點陣液晶顯示模塊與S3C2410A CPU的連接方式采用直接訪問方式。直接訪問方式是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I／O設(shè)備直接掛在S3C2410A總線上，S3C2410A以訪問存儲器或I／O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。KS0107控制器是應(yīng)用于S3C2410A系統(tǒng)與液晶模塊之間的控制芯片，它接收來自 S3C2410A系統(tǒng)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時序及數(shù)據(jù)控制模塊的顯示。這樣可以大大緩解S3C2410A CPU的控制輸出，使用更加靈活，因此該解決方案具有很強的通用性。


對于液晶顯示屏的數(shù)據(jù)接口，因為S3C2410A與液晶顯示屏均由3.3V供電，可以經(jīng)緩沖后將二者數(shù)據(jù)線相連，這樣S3C2410A就能將ROM或RAM中的數(shù)據(jù)直接送入KS0107控制器的緩存中以便顯示。

圖2  LCM192×64顯示模塊與S3C2410A CPU接口電路 

 液晶顯示屏的控制信號由S3C2410A地址線的第6位、第7位和第8位經(jīng)過74HC138譯碼產(chǎn)生。因此液晶屏控制器的數(shù)據(jù)端口、控制端口和狀態(tài)端口具有不同的地址。S3C2410A對液晶屏的控制信號是由其自身的數(shù)據(jù)口來充當(dāng)?shù)?，即控制信號作為?shù)據(jù)的形式發(fā)送到液晶屏控制器KS0107，再由 KS0107按照固定時序完成對液晶顯示屏的控制。實際上完全可以將液晶屏的讀寫由一個端口地址來實現(xiàn)，此時譯碼輸出端該管腳為高時，通過非門輸出的低電平來做為選通液晶顯示屏的讀信號；當(dāng)讀管腳為低時，則直接選通液晶顯示屏的寫管腳。表1是LCM192644的主要引腳功能。

表1  LCM192644芯片引腳說明
引腳名稱電平說明
3VO LCD屏操作電壓（調(diào)節(jié)VO的值可以調(diào)節(jié)顯示對比度）
4RSH/L指令/數(shù)據(jù)選擇，當(dāng)RS是Low時，MCU會存取指令，而
RS是High時，MCU會存取顯示RAM的數(shù)據(jù)。
5R/WH/L讀取/寫入信號(R/W)，高電位時表示為讀取的動作，低電位時表示為寫入的動作。
6EH/H→L為Enable信號。R/W為L時，在E的下降沿寫入數(shù)據(jù)；R/W為H時，在E為高電平時讀出數(shù)據(jù)；
7~14DB0~DB7H/L8位數(shù)據(jù)線
15/CS1LCS1低電平時，選通左側(cè)1/3屏
16/RSTL復(fù)位信號
17/CS2LCS2為低電平時，選通中間1/3屏
18/CS3LCS2為低電平時，選通右側(cè)1/3屏
19VEE 負(fù)電壓輸出

VO通過電位器R來進(jìn)行液晶屏對比度調(diào)節(jié),VEE負(fù)壓也通過電位器進(jìn)行改變。
液晶顯示模塊的速度相對于S3C24510A CPU較慢，中間用到三片SN74ALS573B鎖存數(shù)據(jù)和控制信息。S3C2410A CPU選取其低8位數(shù)據(jù)線來做為數(shù)據(jù)、命令的發(fā)送端，以及液晶屏數(shù)據(jù)、狀態(tài)的讀入端。這幾類信息均通過SN74ALS573B來連接到LCM19264液晶屏上。
2.2軟件設(shè)計
2.2.1設(shè)計分析
LCM192×64型液晶顯示器模塊與S3C2410A CPU模塊的連接采用直接控制方式，其特點是電路簡單，控制時序由軟件實現(xiàn)，可以實現(xiàn)高速ARM CPU與液晶顯示模塊的接口。
液晶屏的驅(qū)動控制程序軟件包括數(shù)據(jù)傳送、設(shè)置X/Y地址、液晶顯示控制等程序。
數(shù)據(jù)傳送包括初始化和將顯示數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏的顯示存儲器中。
設(shè)置X/Y地址包括設(shè)置顯示起始行、設(shè)置頁面地址（即X地址）、設(shè)置Y地址。
液晶顯示控制等程序包括顯示開關(guān)控制、讀取液晶屏狀態(tài)以及讀取顯示數(shù)據(jù)等。

圖3  KS0107寫時序圖

因此，要使液晶屏正常顯示，主要實現(xiàn)兩個功能，一個是向與寫指令和寫數(shù)據(jù)相對應(yīng)的I/O端口地址，寫入控制液晶屏工作的指令代碼和所要顯示的內(nèi)容的編碼。另一個就是要用程序來控制實現(xiàn)KS0107的讀寫時序[5]，尤其是控制管腳E的高低電平持續(xù)時間產(chǎn)生液晶顯示所需的寫時序。KS0107寫操作的工作時序如圖3。
借助坐標(biāo)設(shè)置指令可以對所要顯示的圖形進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。KS0107有兩個常用指令用于設(shè)置光標(biāo)的X(行)方向坐標(biāo)、Y(列)方向坐標(biāo)。光標(biāo)出現(xiàn)的位置由0XB8(0~3比特位有效)和0x40(0~ 6比特位有效)分別加上一定的地址偏移量決定的。原則上在寫數(shù)據(jù)，顯示一行圖形的過程中，X(行)坐標(biāo)保持不變，Y(列)坐標(biāo)會自動循環(huán)加1，這樣對于靜態(tài)圖形的顯示，由于只需考慮行坐標(biāo)，就很方便，但如果要動態(tài)顯示各種文字圖形，它的編程效率就不是很高。最好對X,Y向的地址偏移量都進(jìn)行人為的設(shè)置，就可以精確控制圖像出現(xiàn)的位置。
[0XB8+(disp_x(屏幕坐標(biāo)))]→X(行)向的物理坐標(biāo)
[0XB8+(disp_y(屏幕坐標(biāo)))]→Y(列)向的物理坐標(biāo)
disp_x表示X(行)向的地址偏移量，取值范圍為0～7，也即代表顯示屏上的8行；disp_y表示Y(列)向的地址偏移量，取值范圍為0～63，也即代表顯示屏上的64列；當(dāng)然在開始顯示圖形之前，由0X3F打開顯示，此外還要存入所要顯示圖形的編碼。
2.2.2LCM 硬件層原子編程
2.2.2.1LCM初始化
初始化 LCM 實現(xiàn)為后續(xù)寫入顯示數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

圖4  液晶屏初始化流程
寫整個 LCD 內(nèi)部顯示存儲器的內(nèi)容為 0x00，這樣整個 LCD 顯示空白的屏幕以達(dá)到清屏效果。
2.2.2.2    讀LCM狀態(tài)
每次讀寫LCM之前，都需要判斷LCM的上作狀態(tài)，以便能夠得到期望的結(jié)果。讀LCM狀態(tài)，就是讀LCM命令狀態(tài)寄存器，其最高位為‘1’，表示了 LCM的出于忙狀態(tài)，不能接受任何命令或者數(shù)據(jù)的寫入。在從端口讀到數(shù)據(jù)中，最高位表示了 LCM 的工作狀態(tài)，據(jù)此位即可獲得LCM狀態(tài)。
2.2.2.3    寫命令到 LCM
將一個命令字寫到指定的控制芯片的命令寄存器中(對應(yīng)一個控制端口地址)。
RSR/WDB7~ DB0
10Write Command

設(shè)置頁地址即X地址時，DDRAM中8行為一頁，LCM19264液晶模塊共計64行即8頁，由最低3位地址來選擇0～7頁，讀寫數(shù)據(jù)對頁地址沒有影響，頁地址由本指令或RST信號改變，復(fù)位后頁地址為0。
2.2.2.4    寫數(shù)據(jù)到 LCM
將一個數(shù)據(jù)（就是顯示的數(shù)據(jù)）寫到指定控制芯片的 RAM 中。Y地址計算器具有自動加1功能，在每次讀／寫數(shù)據(jù)后自動加1，所以，在連續(xù)進(jìn)行讀／寫數(shù)據(jù)時，不必每次都設(shè)置一次Y地址計數(shù)器。
RSR/WDB7