模仿RA8875/RA8876做个图形LCD控制器,STM32跑emWin接VGA显示器测试OK

只看该作者 · 2016-6-4 21:23

看到STM32+RA8875+emWin做人机界面这么流行，于是也用FPGA模仿RA8875做了个图形LCD控制器。图形LCD控制器的系统主构架是：FPGA+DDR2+Nand-Flash，FPGA里面还跑了个8051，因为要做指令缓冲、FAT32文件系统、Nand-Flash驱动程序，这三样东西没有C语言单靠FPGA基本是没法实现的，其实这也是图形LCD控制器和RA8875/RA8876最大不同的地方，可以说在某些方面是RA8875/RA8876的升级版！还是先上图：

LCD控制器的Nand-Flash可以储存字库和图片，支持FAT32文件系统管理，通过N-LINK下载线连接电脑USB，就可以和U盘一模一样使用(使用系统自带驱动，写速度是3.2Mbytes/S，读速度是5.6Mbytes/S)：

这样用的话其实就是一个SLC颗粒的U盘。。。

这个是用图形LCD控制器做好的GVGA显示卡，可以接大尺寸的VGA显示器，目前最大支持24位色1280*800@60Hz分辨率：

两个2.54简牛插座一个是SPI接口的，另一个是Intel 8080接口的，VGA插座旁边那个是PS/2键盘和鼠标接口，因为市面上大部分USB鼠标和键盘都兼容PS/2，所以就做成了USB插座；再过去那个4脚2.54排针是触摸屏插座，可以接15寸以上的4线电阻触摸屏都没问题，因为触摸屏程序是经过优化的，误差和跳动非常小！鼠标、键盘、触摸屏的触发事件是通过指令回传给CPU，鼠标的光标是由图形LCD控制器内部产生的。

对于具备2D图形加速和指令缓冲功能的LCD控制器来说，其实用SPI接口发送指令显示图形、文字、图片就足够了，没必要用Intel 8080总线，麻烦而且显示速度基本一样。

目前具备的功能和特征：

1) 基于emWin应用，可实现组态、拖放式人机用户界面设计。

2) 硬件2D图形加速协处理器，以硬件DMA的方式显示BMP图片、文字、矩形、圆形、直线、点、区域填充、区域拷贝、显存拷贝等等。

3) Nand-Flash作为字库和图片的储存器(结合N-LINK下载线和U盘一模一样使用)。

4) 双显存自动管理设计，避免屏幕更新时出现”拉窗帘”现象。

5) 24位色(RGB888)显示，带VGA时序输出。

6) 基于FAT/FAT32文件系统管理字库和图片，支持多级文件夹(子目录)。

7) 可自行制作BIN字库，支持多种字库工具生成的字库。

8) 字库显示编码格式支持ASCII、GB2312、GBK、BIG5、UNICODE(等宽/非等宽)，并且支持文字剪切显示。

9) 支持16bbp(RGB565)/24bbp(RGB888)的BMP格式位图，可实现图片裁剪、透明显示。

10) 支持SPI(串行) 或者Intel 8080(并行)通信接口。

11) 支持4线电阻触摸屏、PS/2鼠标、PS/2键盘、4×6矩阵键盘、RTC时钟显示、背光亮度调节、文本光标、蜂鸣器。

注意了，以下功能是没有2D图形加速的：文字放大/缩小、文字旋转、图片放大/缩小、图片旋转、图片半透明显示、图层半透明叠加、图层淡入淡出；因为若要实现这些功能， FPGA成本可能要翻倍！

因为图形LCD控制器具备图形2D加速功能，而且可储存并显示BIN字库和BMP图片，因此拿它做emWin的显示屏再合适不过了，因为emWin底层驱动已经预留了图形LCD控制器的接口，只要把LCD驱动移植好，显示速度是飞快的，而且不需要担心没有ROM储存字库和图片，还可以用emWin的Skinning方式实现位图皮肤，做位图皮肤时可以整幅图片贴图，而不再需要对整幅图片进行切片分解，界面贴图非常方便、快捷！测试的硬件连接图：

以下是800×600分辨率下点亮12寸VGA显示器的效果：

看的出是emWin做的界面吗？

图形LCD控制器还有一个比RA8875/RA8876好的地方就是能实现文字剪切显示：

不要以为文字剪切显示是个简单的事情，用FPGA逻辑来实现并不那么简单，也许瑞佑觉得这个功能不重要所以没在RA8875/RA8876上实现，但在emWin应用中如果没有文字剪切显示的话就没法做移动窗口了！

做个列表对RA8876、SSD1963和图形LCD控制器做个比较：

功能	RA8876	图形LCD控制器	SSD1963
MCU接口	8080/6800/I2C/SPI	8080/SPI	8080/6800
最大分辨率	多显存 1366×768@16.77M色	双显存 1280×800@16.77M色	单显存 864×480@16.77M色
显存区	多显存区,用户随意切换和操作各个显存区;可实现混合透明、画中画等	双显存区,操作区和显示区自动切换管理	单显存区
BTE区块传输引擎	显存/区域拷贝、光栅操作、混合透明、淡入淡出、画中画等	显存/区域拷贝	不支持
外部ROM	SPI-Flash	Nand-Flash	不支持
外部ROM访问接口	不支持	USB(U盘模式) FAT32文件系统管理	不支持
字库	SPI字库芯片 ASCII/GB2312/BIG5/ Unicode 文字90度旋转显示通过寄存器控制显示(DMA)	自己制作BIN字库 U盘模式写入Nand-Flash ASCII/GB2312/BIG5/ Unicode(等宽/非等宽) 文字剪切显示通过指令控制显示(DMA)	不支持
图片	BMP位图单色/TFT相同颜色预存外部SPI-Flash 通过寄存器控制显示(DMA)	BMP位图 16/24位色 U盘模式写入Nand-Flash 通过指令控制显示(DMA)	不支持
2D图形加速协处理器	画点、线、曲线、椭圆、三角形、矩形、圆角矩形、区域填充通过寄存器管理	画点、线、椭圆、矩形、区域填充通过指令管理	不支持
指令缓存	不支持	支持	不支持
PS/2设备	不支持	PS/2鼠标、PS/2键盘	不支持
矩阵键盘	5×5矩阵键盘	4×6矩阵键盘	不支持
触摸屏	4线电阻	4线电阻(外接控制器IC)	不支持
光标	4个图形光标	1个文本光标,1个图形光标	不支持
PWM	2路	1路	不支持
RTC实时时钟	不支持	支持(外接RTC时钟IC)	不支持
待机模式	支持	不支持	不支持