基于SOPC適用于不同規(guī)格LCOS的控制器設(shè)計(jì)

圖３　引腳信號(hào)的時(shí)序關(guān)系２。

３．２　參數(shù)確定

在設(shè)計(jì)通用分辨率的LCOS控制器之前，先要確定某些參數(shù)。這些參數(shù)包括LCOS的分辨率ｍ×ｎ，LCOS的灰度級(jí)２ｕ（一般情況下LCOS的灰度為２５６），LCOS顯示器的刷新頻率ａ Ｈｚ，信號(hào)CP的頻率ｂ?。停龋?。這些參數(shù)由上位機(jī)通過串口發(fā)送到NIOSⅡ處理器中。根據(jù)這些參數(shù)，由NIOSⅡ計(jì)算得到如下關(guān)系：每一幀的周期為 103/a(ms)；每一行的周期為106a-1　n-1(us);將一行顯示數(shù)據(jù)寫入寄存器的時(shí)間為ｍ／ｂ （μｓ）；每一行的空時(shí)間[106a-1n-1]-[m/b]uｓ），這一項(xiàng)應(yīng)當(dāng)不小于０。依據(jù)計(jì)算后的數(shù)據(jù)和圖２、圖３所示的信號(hào)關(guān)系，使用定時(shí)器和脈寬調(diào)制器（ＰＷＭ）生成LCOS的邏輯控制信號(hào)。同樣在NIOSⅡ中還要完成SRAM 內(nèi)存的設(shè)計(jì)，內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)是依靠FPGA 中的邏輯門陣列來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)所遵循的原則是SRAM 的容量能至少裝下完整的２幀數(shù)據(jù)，即２ｍ×ｎ×２u，一幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于當(dāng)前顯示，另一幀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)同時(shí)接收下一幀要顯示的數(shù)據(jù)，這樣的策略雖然耗費(fèi)了大量的邏輯門數(shù)量，卻可以使低速的存儲(chǔ)器和高速的LCOS顯示器相匹配，同時(shí)更好地發(fā)揮USB的速度優(yōu)勢(shì)。

４　實(shí)例設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，以256×256分辨率、２５６灰度級(jí)的LCOS為例來設(shè)計(jì)LCOS控制器。

首先根據(jù)已有的LCOS計(jì)算各種參數(shù)。對(duì)于256×256的LCOS，其刷新頻率為２００Ｈｚ，時(shí)鐘信號(hào)ＣＬＫＢ的頻率為２０ＭＨｚ。因此，每一幀的周期為５ｍｓ，每一行的周期為１９．５３μｓ（相當(dāng)于３９１個(gè)ＣＬＫＢ時(shí)鐘周期時(shí)間），將一行顯示數(shù)據(jù)寫入寄存器的時(shí)間為１２．８μｓ（相當(dāng)于２５６個(gè)ＣＬＫＢ時(shí)鐘周期時(shí)間），每一行的空時(shí)間為６．７３μｓ（相當(dāng)于１３５個(gè)ＣＬＫＢ時(shí)鐘周期時(shí)間）。如果設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)每一行的空時(shí)間小于０，則要提高時(shí)鐘信號(hào)ＣＬＫＢ的頻率。

接下來是設(shè)計(jì)SRAM 存儲(chǔ)器，SRAM 容量的設(shè)計(jì)原則是能裝下完整的２幀數(shù)據(jù)，即２×256×256×２５６就能裝下完整的２幀數(shù)據(jù)，但為了便于CPＵ還可以完成其他計(jì)算的需要，內(nèi)存的設(shè)計(jì)要比２幀數(shù)據(jù)大一些，這里取３幀數(shù)據(jù)容量，同時(shí)設(shè)定固定的區(qū)域?yàn)轱@示緩沖區(qū)。

將USB的數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)同樣設(shè)在該顯示緩沖區(qū)域，這樣通過USB端口輸入的待顯示數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在顯示緩沖區(qū)域。

然后是將外部的LCOS顯示器的數(shù)據(jù)輸入端口作為NIOSⅡ處理器的Ｉ／Ｏ 映射地址，通過DMA處理，使NIOSⅡ內(nèi)存的顯示緩沖區(qū)以DMA的方式通過ＡＨＢ總線與LCOS顯示器的數(shù)據(jù)輸入端口直接輸入。使用DMA和總線的好處是既簡便快速，傳輸又很穩(wěn)定。

在ＱｕａｒｔｕｓⅡ６．０環(huán)境下對(duì)NIOSⅡ控制器進(jìn)行功能仿真測(cè)試，仿真的波形如圖４所示。該控制器的時(shí)序信號(hào)符合設(shè)計(jì)要求。完成功能仿真后，經(jīng)過綜合生成門級(jí)網(wǎng)表，下載到ALTERA公司Ｃｙｃｌｏｎｅ系列ＥＰ１Ｃ６Ｑ２４０Ｃ８器件中。

NIOSⅡ控制器的功能仿真波形

圖４　NIOSⅡ控制器的功能仿真波形。

５　結(jié)　　論

利用SOPC和USB設(shè)計(jì)了一種LCOS通用控制器。通常LCOS的價(jià)格較高且不能通用，利用本文的方法可以最大限度地降低材料成本和設(shè)計(jì)成本，并且可以根據(jù)應(yīng)用的需要，通過發(fā)送不同的參數(shù)適應(yīng)于不同的LCOS顯示器。由于采用軟核處理器，系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差一些，并且PDIUSBD12的速度僅為１２ＭＢ／ｓ。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以使用ＡＲＭ９ 處理器；為了發(fā)揮USB２．０ 的全速４８０ ＭＢ／ｓ，可以使用新一代ＣＨ３７５USB控制器。這樣就可以使LCOS通用控制器擁有更優(yōu)秀的性能。