简述Nios的GDM12864A显示模块控制
随着微电子技术的迅猛发展，各种芯片在体积不断缩小的同时，功能却越来越强大。fpga芯片也从最初只有几千门，发展到数百万门的规模，i／o口由几十个发展至上千个。在这种资源极其丰富的情况下，fpga设计者不再满足于仅仅用其来设计简单的应用系统，而开始在一片fpga上集成一个完整的电子系统，即sopc(system on progratomble chip)。
它通常包括片内存储器和片内微处理器。altera公司针对其fpga芯片推出的nios系列处理器，就是专为sopc设计而开发的，它是altera excalibur嵌入处理器计划中第一个产品，它成为业界第一款可编程优化的可配置处理器。本文阐述在sopc中利用nios处理器实现gdm12864a显示模块控制的方法。
1 gdm12864a显示控制器
gdm12864a是带显示存储器的图形液晶显示控制器。它的特点是内置64×64 b的显示存储器，显示屏上各像素点的显示状态与显示存储器的各位数据一一对应，显示存储器的数据直接作为图形显示的驱动信号。显示数据为“1”，相应的像素点显示；显示数据为“0”，相应的像素点就不显示。
同时gdm12864a配备了一套显示存储器的管理电路和与计算机接口电路，允许计算机直接访问显示存储器。其具体参数如下：64×64 b(512 b)的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号，8位并行数据接口，64路列驱动输出，低功耗，在显示期间功耗最大为2 mw，较宽的工作电压，vcc=2.7～5.5 v，vee=0～-10 v。gdm12864a详细指令如表1所示。
2 nios软核
nios处理器是altera公司推出的一个具有32／16 b精简指令集的软核(soft core)cpu，它是面向用户，可以灵活定制的通用risc嵌入式处理器，它以软核的形式交付给用户，并针对altera公司的fpga专门进行了优化。用户可以在altera公司提供的开发软件中加载nios核和相应的外围接口并定义相应的指令，然后对设计进行综合并下载到fpga中就可以方便地定制一个具有特定功能的嵌入式处理器。
用户可以按照设计的需要选择添加必要的部件，不会出现资源浪费的现象。图1即为一个已经设计完成的基本的nios系统，它包括了一个嵌入式系统工作所需要的所有基本端口，其中有rom和ram接口，串口，uart，以及系统的时钟clk，另外还有一些外设接口。
3 nios与显示模块的接口电路
利用nios对gdm12864a进行控制可以有两种方法：一种方法是将该显示模块的接口作为nios的存储器或i／o设备直接挂接到nios的avalon总线上，nios以访问i／o设备或读写存储器的方式对其进行控制。另一种方法是将gdm12864a的接口与nios的并行端口相连接，nios通过对其端口的操作来完成对显示模块的控制。这种方式具有时序简单，易实现的优点，可以直接利用软件完成所有的控制操作。本文将采用第二种控制方式，其接口电路如图2所示。
图2中di为寄存器选择信号，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；rw是读写控制信号，rw为高电平时nios可以从显示模块读取当前状态，为低电平时nios向显示模块写数据或指令；e为使能信号。由于gdm12864a是128×64像素的显示屏，显示时被分成两个区域分别显示，所以在进行控制时需要进行显示区选择，也就是片选cs1和cs2。db[7..0]为并行数据接口，发送指令或读取状态都通过对它的操作完成。
4 驱动程序设计
液晶显示模块控制需要严格按照其要求的时序进行，如图3所示为gdm12864a的时序图。
gdm12864a显示屏由左右两区组成，进行控制的时候也需要分开控制两区，本文仅给出左区写指令子程序和写数据子程序，其他操作都与其类似或可以在此基础上实现。写指令和数据的程序流程图如图4所示。
写指令子程序：
写数据子程序：
上述程序完成了lcd控制中最基本的写命令和写数据的操作，其他的操作都可以依据他们来完成。其中delay()函数是延时子程序，lcd_busytest()是液晶控制器状态查询子程序。
5 结 语
本文介绍了一种利用嵌入式软核处理器控制lcd的方法，并给出了硬件接口电路和软件设计实例，从而将整个电子系统包括显示控制完全用一块fpga芯片实现。nios系列嵌入式软核处理器具有性价比高，简单灵活的特点，非常适合于sopc系统设计，市场应用前景广阔。
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它通常包括片内存储器和片内微处理器。altera公司针对其fpga芯片推出的nios系列处理器，就是专为sopc设计而开发的，它是altera excalibur嵌入处理器计划中第一个产品，它成为业界第一款可编程优化的可配置处理器。本文阐述在sopc中利用nios处理器实现gdm12864a显示模块控制的方法。
1 gdm12864a显示控制器
gdm12864a是带显示存储器的图形液晶显示控制器。它的特点是内置64×64 b的显示存储器，显示屏上各像素点的显示状态与显示存储器的各位数据一一对应，显示存储器的数据直接作为图形显示的驱动信号。显示数据为“1”，相应的像素点显示；显示数据为“0”，相应的像素点就不显示。
同时gdm12864a配备了一套显示存储器的管理电路和与计算机接口电路，允许计算机直接访问显示存储器。其具体参数如下：64×64 b(512 b)的显示存储器，其数据直接作为显示驱动信号，8位并行数据接口，64路列驱动输出，低功耗，在显示期间功耗最大为2 mw，较宽的工作电压，vcc=2.7～5.5 v，vee=0～-10 v。gdm12864a详细指令如表1所示。
2 nios软核
nios处理器是altera公司推出的一个具有32／16 b精简指令集的软核(soft core)cpu，它是面向用户，可以灵活定制的通用risc嵌入式处理器，它以软核的形式交付给用户，并针对altera公司的fpga专门进行了优化。用户可以在altera公司提供的开发软件中加载nios核和相应的外围接口并定义相应的指令，然后对设计进行综合并下载到fpga中就可以方便地定制一个具有特定功能的嵌入式处理器。
用户可以按照设计的需要选择添加必要的部件，不会出现资源浪费的现象。图1即为一个已经设计完成的基本的nios系统，它包括了一个嵌入式系统工作所需要的所有基本端口，其中有rom和ram接口，串口，uart，以及系统的时钟clk，另外还有一些外设接口。
3 nios与显示模块的接口电路
利用nios对gdm12864a进行控制可以有两种方法：一种方法是将该显示模块的接口作为nios的存储器或i／o设备直接挂接到nios的avalon总线上，nios以访问i／o设备或读写存储器的方式对其进行控制。另一种方法是将gdm12864a的接口与nios的并行端口相连接，nios通过对其端口的操作来完成对显示模块的控制。这种方式具有时序简单，易实现的优点，可以直接利用软件完成所有的控制操作。本文将采用第二种控制方式，其接口电路如图2所示。
图2中di为寄存器选择信号，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；rw是读写控制信号，rw为高电平时nios可以从显示模块读取当前状态，为低电平时nios向显示模块写数据或指令；e为使能信号。由于gdm12864a是128×64像素的显示屏，显示时被分成两个区域分别显示，所以在进行控制时需要进行显示区选择，也就是片选cs1和cs2。db[7..0]为并行数据接口，发送指令或读取状态都通过对它的操作完成。
4 驱动程序设计
液晶显示模块控制需要严格按照其要求的时序进行，如图3所示为gdm12864a的时序图。
gdm12864a显示屏由左右两区组成，进行控制的时候也需要分开控制两区，本文仅给出左区写指令子程序和写数据子程序，其他操作都与其类似或可以在此基础上实现。写指令和数据的程序流程图如图4所示。
写指令子程序：
写数据子程序：
上述程序完成了lcd控制中最基本的写命令和写数据的操作，其他的操作都可以依据他们来完成。其中delay()函数是延时子程序，lcd_busytest()是液晶控制器状态查询子程序。
5 结 语
本文介绍了一种利用嵌入式软核处理器控制lcd的方法，并给出了硬件接口电路和软件设计实例，从而将整个电子系统包括显示控制完全用一块fpga芯片实现。nios系列嵌入式软核处理器具有性价比高，简单灵活的特点，非常适合于sopc系统设计，市场应用前景广阔。
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