基于CH7004視頻編碼器的VGA接口設計

1 引言

嵌入式系統在各種領域應用極為廣泛，其中一種很常見的應用是嵌入式Linux智能終端設備，針對工控領域的應用特點，這種類型的設備往往集控制單元、顯示鍵盤單元、數據采集單元、GPIO單元以及通訊單元（以太網、GPRS、串口等）等于一體，可進行實時數據處理和控制。

嵌入式系統的終端顯示傾向選擇LCD顯示器。但在大屏幕顯示情況下，大型工業級LCD液品顯示器造價高。選擇性少。而為嵌入式系統增加標準VGA接口可很好地解決該問題。支持VGA接口的顯示設備眾多且價格相對較低，而且顯示設備的更換不會對嵌入式系統產生影響。ARM9器件S3C2410在嵌入式系統中應用廣泛。這里主要針對該處理器介紹基于CH7004的嵌入式系統VGA接口設計。該設計方案硬件設計和軟件實現簡單，成本較低，從而為嵌入式設備提供了簡單有效的大屏幕圖像顯示解決方案。

2 VGA接口

說到VGA接口，相信很多朋友都不會陌生，因為這種接口是電腦顯示器上最主要的接口，從塊頭巨大的CRT顯示器時代開始，VGA接口就被使用，并且一直沿用至今，另外VGA接口還被稱為D-Sub接口。很多人覺得只有HDMI接口才能進行高清信號的傳輸，但這是一個大家很容易進入的誤區，因為通過VGA的連接同樣可以顯示1080P的圖像，甚至分辨率可以達到更高，所以用它連接顯示設備觀看高清視頻時沒有問題的，而且雖然它是種模擬接口，但是由于VGA將視頻信號分解為R、G、B三原色和HV行場信號進行傳輸，所以在在傳輸中的損耗還是相當小的。

（1）VGA接口引腳表1為15針VGA接口引腳信號的定義列表。

（2）VGA接口時序VGA接口有多種時序，應用時根據具體需要選擇不同的時序。

3 LCD控制器內部控制寄存器

LCD液晶顯示器是LiquidCrySTalDisplay的簡稱，LCD的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產生畫面。它是從產品性能、環境保護、經濟可行性的角度，考慮產品開發全生命周期（包括產品設計、原材料的提取、產品的制造、包裝、銷售和使用、用后的回收與處置全過程）的污染預防要求，多級使用資源與能源，以降低產品生產和消費過程對環境的影響，使其與地球的承載能力相一致。

LCD控制器內部有5個控制寄存器：LCDCON1~LCD-CON5.LCDCON1控制像素時鐘、掃描模式和顏色模式；LCDCON2控制幀同步脈沖寬度、幀有效行數及幀同步前、后的無效行數：LCDCON3主要控制行有效像素點數以及行同步前、后的無效像素點數：LCDCON4主要控制行同步脈沖寬度：LCDCON5主要控制行、場同步脈沖和數據有效信號極性，16位色顏色格式。數據輸出與像素時鐘跳變關系。

3.1 CH7004器件簡介

CH7004是Chrontel公司生產的一款數字轉換為模擬的視頻編碼器，其內部編碼器支持NSTL、PAL兩種視頻制式，通用數字輸入接口支持8、 12、15、16和24位數字RGB或者YCrCb格式輸入，支持5種圖像分辨率，內部集成3路相互獨立的高速視頻數模轉換器，可由用戶控制輸出模擬 RGB或YUV，提供I2C接口供用戶控制器件工作模式。

4 VGA接口設計

S3C2410處理器的LCD控制器用于產生圖像數據、VGA接口時序（640x480，60 Hz）以及配置CH7004的工作模式。CH7004將數字圖像數據模擬化，最終產生的模擬圖像信號供支持VGA接口的顯示器顯示。VGA接口的硬件連接見圖2.

這里選擇（640x480，60 Hz）模式，是由實際需要和硬件特性決定的：（1）嵌入式系統中的圖像尺寸大多低于640x480，采用這種VGA模式顯示不會丟失任何原始圖像信息； （2）VGA的每種顯示模式所要求的像素時鐘不同，而S3C2410內部LCD控制的像素時鐘由器件的主頻分頻而來，在各種分頻后的像素時鐘里只有25. 25 MHz（202 MHz主頻進行8分頻）與VGA模式中的（640x480，60 Hz）模式所要求的像素時鐘25.175 MHz最為接近，微小的像素時鐘偏差不會影響VGA接口顯示；（3）16位色情況下，（640x480，60 Hz）模式數據流帶寬為35.2 MB/s，因而不會堵塞S3C2410數據總線，不影響處理器的其他控制、數據處理操作。

CH7004的數據輸入端口D0~D15與LCD控制器的相應數據輸出端口連接，LCD控制器的像素時鐘VCLK通過XCLK端輸入CH7004內部， ADDR為低設置CH7004的I2C總線地址，為0x76.CH7004輸出端需考慮視頻信號阻抗匹配問題，否則會出現圖像重影、雪花、或邊緣有波紋等問題。

5 LCD控制器和CH7004配置

5.1 LCD控制器的設置流程

將LCD控制器工作模式設置為（640x480，60 Hz），16位色（5:6：5），TFT模式。

（1）將系統主時鐘（FCLK）設置為202 MHz，外設時鐘（HCLK）設置為101 MHz;

（2）將LCD控制器外部端口設置為TFT作模式；

（3）開辟1塊大小為600 KB（640x480x2 Bytes）用于存放數據的連續內存區域；

（4）設置LCD控制器的控制邏輯寄存器LCDCON1~LCD-CON5.其中，LCDCON1：設置像素時鐘（VCLK）從系統主頻分頻的分頻系數 CLKVAL=1，VM的觸發速率為每幀觸發，顯示模式TFT，單像素顏色位數16位。禁止LCD控制器數據輸出和控制信號產生ENVID=0; LCDCON2：設置幀同步后無效行數VBPD=32，幀有效行數LINEVAL=469;幀同步前無效行數VFPD=9，幀同步寬度VSPW=1; LCDCON3：行同步后無效像素點數HBPD=47，行有效像素點數HOZVAL=639，行同步前無效像素點數HFPD=15;LCDCON4：行同步寬度HSPW=95;LCDCON5：圖像在內存的存儲方式設置為小端存儲BPP24BL=0.16位色圖像為5:6：5格式FRM=1，像素時鐘 VCLK設置為上升沿傳輸一個像素數據，行同步脈沖設置為負脈沖有效INVVUNE=1，幀同步脈沖設置為負脈沖有效IN-VFRAME=1，LEND信號極性設置正常模式INVLEND=0，PWREN信號設置有效設置PWREN=1，LEND信號輸出為允許ENLEND=1.

（5）允許視頻數據輸出和時序控制ENVID=1.

5.2 CH7004工作模式配置

CH7004C內部有25個工作模式控制寄存器。與此設計模式相關的寄存器有4個：顯示模式寄存器（Display Mode），輸入數據模式寄存器（Input Data Format），時鐘模式寄存器（Clock Mode），同步信號極性寄存器（Sync Polarity）。通過配置CH7004內部工作模式控制寄存器的使CH7004與LCD控制器工作相對應。

將CH7004 工作模式設置為與國LCD控制器相一致。圖像大小為640x480，輸入數據為16位5:6：5格式。數據不經制式編碼器而直接送人內部D/A轉換器。對 CH7004的配置順序為：（1）Display Mode寄存器設置640x480顯示模式，可選擇的模式為13~17.（2）Input Data Format寄存器設置為16位色。RGB5:6：5格式，RGB信號旁路。選擇旁路模式使得RGB輸入圖像信號不經視頻編碼器而直接送入D/A轉換器。 （3）Clock Mode寄存器設置為像素時鐘上升沿鎖存圖像信號。（4）Sync Polarity寄存器設置行、場同步負脈沖有效，行、場同步信號由外部處理器產生并南CH7004的V、H端口輸入。在實際操作中，系統上電后，處理器只需配置CH7004內部的輸入數據模式（Input Data Format）寄存器，其他寄存器直接使用復位默認值。

5.3 CH7004的I2C總線配置時序

S3C241O配置CH7004的I2C總線的步驟：（1）在I2C總線上首先產生CH7004片選地址0x76和讀寫位（0：寫；1：讀）；（2）產生某一寄存器的片內偏移地址；（3）產生配置數據。PC控制器一個操作步驟結束后，必須等獲得CH7004發出正確操作答復，才能繼續執行下一步操作。圖3 為CH7004的I2C讀寫時序圖。

6 測試與結論

實驗證明。色條圖像通過VGA接口在顯示器上顯示效果良好。介紹的VGA接口設計方法使用S3C2410處理器和CH7004視頻編碼器件，具有硬件設計、軟件實現簡單，價格低廉的特點。為嵌入式設備提供了簡單有效的大屏幕圖像顯示解決方案。
來源；電子工程網