SSD1906显示控制器与AT91RM9200的接口技术_接口电路论文
关键词：ssd1906 at91rm9200 显示控制
引言
ssd1906是solomon公司推出的一款中小规模的显示控制芯片。这款显示控制芯片集成了显存及时序电路，因而为手持设备和消费电子领域提供了一个低成本、低功耗的单芯片解决方案。at91rm9200是atmel公司推出的一款基于arm9的嵌入式处理器，时钟频率为180mhz。at91rm9200处理器内部没有集成lcd控制器，因而需要通过专用的显示控制器，实现lcd显示。本文介绍ssd1906显示控制器在基于at91rm9200微控制器的嵌入式系统中的具体应用。
1 ssd1906显示控制器介绍
ssd1906显示控制芯片，内部集成了256kb的sram显存，可以支持单色和彩色lcd，以及多种有源和无源面板。ssd1906还具有强大的总线兼容性，可与多种类型的mcu连接。此外，ssd1906提供的功能还包括虚拟显示、浮动窗口（窗口大小可变）显示，并支持两个光标，可以减少软件的操作。32位的内部数据通道，可以提供高带宽的显示内存，以实现现快速的屏幕刷新。ssd1906还个有单电压供电的优点。
ssd1906显示控制器的另一个特点，是具有很短的cpu访问延迟时间，因而可以支持无ready/wait交互信号的微处理器。此外，ssd1906支持单时钟信号输入，即总线时钟（bclk）、内存时钟（mclk）和像素时钟（pclk）都可以由时钟输入clk1得到。这款显示控制器对mcu的类型和操作系统没有具体要求，因而是实际应用中的一个理想的显示解决方案。基于ssd1906的显示控制系统结构如图1所示。
1.1 总线兼容性
ssd1906显示控制器兼容多种类型的mcu接口，特别是对现在常用的嵌入式处理器，基本上都可以实现无缝连接。对于不同的总线接口，ssd1906内部提供了多个时序控制寄存器，可以根据不同接口的时序要求，进行相应的配置。ssd1906支持的mcu总线接口类型包括：具有wait信号的通用#1型和通用#2型总线接口；intel strongarm/xscale;motorla mx1龙珠；motorola mc68k;motorola龙珠mc68ez328/mc68vz328；日立sh3和sh4。
除了支持16位和32位的处理器以外，ssd1906还可以支持8位的处理器。ssd1906内部集成了256kb的显存，支持寄存器在内存中的映射；通过m/r输入信号，选择访问内存地址空间，或者访问寄存器地址空间。此外，通过18位地址总线，mcu可以直接访问ssd1906内部连续的256kb显存。
1．2 显示支持与显示模式
ssd1906显示控制器支持多种类型的lcd接口，包括4/8位单色stn接口；4/8位彩色stn接口；9/12/8位有源矩阵tft接口。此外，ssd1906支持1/2/8/16bpp四种色深。对于单色无源lcd面板，ssd1906还个有64个灰度级；对于无源stn面板和有源矩阵tft面板，ssd1906都可以支持多达256k颜色。此外，ssd1906还支持多种分辨率，包括320×320，160×160和160×240（其中色深为16bpp）。
1．3 显示特性
在显示特性方面，ssd1906支持显示旋转模式，通过对ssd1906内部相应控制寄存器的设置，可以实现显示图像的90°、180°和270°硬件旋转。同时，ssd1906还支持虚拟显示，即显示的图像尺寸可以比实际选用的lcd面板大。用户可以通过上下和左右滚动屏幕，实现完整图像的观看。
ssd1906显示控制器支持浮动窗口显示模式。在这种模式下，主显示窗口中可以同时显示一个浮动窗口，这个浮动窗口可以位于主窗口中的任意位置，具体可以通过浮动窗口控制寄存器进行设置。此外，ssd1906还支持两个硬件光标（只支持4/8/16bpp），并支持双缓存/多页模式，因而可以显示流畅的动画，并可以实现实时的屏幕刷新。
2 at91rm9200微控制器
atmel公司的at91rm9200是基于arm thumb的arm920t微控制器，时钟频率为180mhz，运算速度可以达到200mips。at91rm9200内部分别有16kb的数据缓存和指令缓存，具有存储器管理单元（mmu）。此外，at91rm9200内部还包括16kb的sram和128kb的rom，具有外部总线接口（ebi），支持sdram、静态存储器、burst flash、compactfals、smartmedia以及nand flash。
at91rm9200微控制器提供的系统外设包括：增强的时钟发生器和电源管理控制器；2个具有双pll的片上晶振，低时钟操作模式以及通过软件实现的电源优化功能；具有4个可编程的外部时钟信号；系统定时器包括定时中断、看门狗和第二计数器；具有报警中断的实时时钟；具有调试单元、两线uart，并且支持调试通信通道；具有8个优先级的高级中断控制器，可独立屏蔽的向量中断源，具有伪中断保护功能；拥有7个外部中断源和1个快速中断源；4个32位的pio控制器，多达122条可编程的i/o线，每条i/o线具有输入变化中断和漏极开路电容；具有20个通道的外围数据控制器（pdc）。
3 硬件设计
3.1 ssd1906的总线接口
ssd1906显示控制可与多种mcu相连，具体的连接方式取决于mcu所支持的总线类型。ssd1906支持单时钟输入（clki），从而可以由mcu的总线时钟为其提供时钟信号。对于通用#1总线，ssd1906用于与mcu相连的引脚为：
a0——接低电平；
a[17：1]——系统地址总线位17～1；
d[15：0]——系统数据总线输入；
we0——低8位数据的写使能信号输入；
we1——高8位数据的写使能信号输入；
cs——片选输入；
m/r——选择读写显示内存或内部寄存器。高为显示内存，低为内部寄存器；
bs——接高电平；
rd/wr——高8位数据的读命令输入；
rd——低8位数据的读命令输入；
wait——等待信号输出。可以通过配置，决定该信号为高电平有效或低电平有效；
reset——复位输入信号。
3．2 总线接口分析与实现
at91rm9200微控制器的总线接口属于通用#1型接口，因而可与ssd1906直接相连。其中，at91rm9200的a[17：1]、d[15：0]、nwr0、nwr1、ncs2、nwait、nrst引脚，可以分别与ssd1906的a[17：1]、d[15：0]、we0、we1、cs、wait和reset引脚直接连接。而at91rm9200的nrd引脚可以使能16位或者8位的读访问，因而可与ssd1906的rd/wr和rd引脚相连，作为高字节和低字节的读使能信号。对于ssd1906的m/r信号，可以由at91rm9200的a18信号进行控制。ssd1906与at91rm9200的总线连接如图2所示。
此外，由于ssd1906的clki的输入时钟频率最高为66mhz，而其总线时钟频率最高也为66mhz，因ssd1906的总线时钟bclk可以直接由clki提供，其频率比为1：1。另外，at91rm9200的总线类型为通用#1型，选nwait信号为低有效，总线接口为小端模式，所以可以确定ssd1906的配置引脚cf[7：0]为0x0bh。
4 寄存器配置
在寄存器配置方面，包括对mcu的初始化及对ssd1906的初始化和设置。对于at91rm9200微控制器，首先，必须设置相应的pio控制寄存器，将有复用的i/o线配置为所需要的功能。其次，考虑到ssd1906的clki时钟频率最高为66mhz，因此，需要对at91rm9200的pmc_pck0寄存器进行设置，保证pck0的输出时钟频率不超过66mhz。下面分别介绍ssd1906的主要寄存器配置。
4.1 ssd1906的内部时钟设置
ssd1906支持单时钟输入，即所有的时钟信号都可以由clki的输入时钟提供。对于ssd1906的总线时钟bclk，可以通过配置cd[7:6]引脚，对clki得到需要的bclk。这里将cf[7:6]配置为00，即bclk=clki。
内存时钟mclk用于访问ssd1906内部的sram。ssd1906的设计充分考虑了省电控制，当显示控制器不工作时，时钟自动关才。而另一方面，减小mclk的频率，会增加mcu时钟延迟，从而降低屏幕刷新的性能。因此，为了在省电与性能之间达到最优的平衡，mclk的频率配置必须满足两点：既要有足够高的内存访问频率，以提供较快的刷新率，又要保证mcu的延迟为一个可接受的值。通过配置寄存器reg[04h]，由bclk得到mclk时钟。
像素时钟pclk用于控制lcd面板。pclk的选择必须与lcd面板的最优帧速率相匹配。帧速率的计算公式为
帧速率=fpclk/(ht)×(vt)
其中：fpclk为pclk时钟频率，单位为hz；
ht=（（reg[12h]bits 6-0）+1）×8ts,为水平总周期；
vt=（（reg[19h]bits 1-0,reg[18h]bits 7-0）+1）lines,为垂直总周期。
像素时钟pclk的选择具有很大的灵活性。首先，lcd面板的帧速率一般都有一个允许的范围。其次，像素时钟频率也可以指定为一个很的值，然后，通过调整水平和垂直显示周期，将帧速率降低到一个最优值。像素时钟的时钟源可以为mclk或bclk。通过配置寄存器reg[05h]，可以得到不同的pclk。
4.2 虚拟显示模式的设置
ssd1906支持虚拟显示模式，具体可以通过以下寄存器的设置实现。首先，设置主窗口显示起始地址寄存器reg[74h]、reg[75h]和reg[76h]，指定显示内存中主窗口图像的起始地址。然后，设置主窗口线地址偏移寄存器reg[78h]和reg[79h]，确定虚拟图像的水平像素数。当然，设定的水平像素数必须大于lcd面板的实际显示像素宽度，才可以实现虚拟显示，否则为普通显示模式。图3所示为主窗口与虚拟显示区域的关系。
4．3 浮动窗口的设置
浮动窗口可位于虚拟显示区域内的任何位置，其定位可以通过浮动窗口控制寄存器reg[7ch]到reg[91h]来进行设置。浮动窗口的色深和显示方向与主窗口相同。本方案中采用的是正常方向模式显示，即禁止显示旋转。图4为本方案中浮动窗口与主窗口的关系，以及定位寄存器的设置。
4．4 硬件光标的设置
ssd1906支持在主窗口中显示两个硬件光标。这两个光标可以位于主窗口的任何位置，具体定位通过光标模式寄存器reg[c0h]到reg[111h]控制。硬件光标只支持4/8/16bpp显示模式。
光标的色深和显示方向与主窗口一致。本方案中光标的定位以及相应的控制寄存器设置如图5所示。
这里只介绍了ssd1906中的一些主要寄存器的配置。其它的寄存器设置，请参考相关资料。
结语
ssd1906属于中小规模的图形显示控制器，尤其适用于工控、便携式设备及其它一些日常消费产品的液晶显示。在at91rm9200嵌入式系统中，充分利用了ssd1906小体积、低功耗、低成本、多显示功能的优点，可以很好地应用于工业控制以及车载gps等领域中。