基于S5PV210的LCD转VGA技术研究

冯莉

摘 要 以VGA接口时序为标准，采用ARM芯片S5PV210为CPU，通过D/A 芯片 SDA7123的信号转换，实现了嵌入式系统领域LVDS转VGA的方案设计。系统的实现，一方面通过配置S5PV210芯片的LCD控制器，使得LVDS接口产生数字信号，另一方面通过 D/A 芯片SDA7123将数字信号转化为模拟信号，实现了VGA接口终端的正常视频显示。经验证，该方案对于800×600、1024×768等不同分辨率的视频信号，显示效果良好，并具有占用系统资源少，效率高，可靠性好的优点，适合在嵌入式应用领域广泛采用。

关键词 VGA；S5PV210；时序；视频D/A；LCD控制器；SDA7123

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）188-0078-04

目前许多嵌入式微处理器都集成了LCD控制器，如Samsung公司的S5PV210、S3C6410及Atmel公司的ATSAMA5D3系列处理器等。虽然可以方便的接大屏幕的LCD显示屏，但LCD显示屏价格昂贵。而PC端的液晶显示器，在日常生活中普遍存在，如果能够合理利用此资源来作为显示终端，不仅可以合理利用现有资源、节约系统成本而且体积小巧，便于携带。普通计算机的液晶显示器大都采用VGA接口作为标准信号输入接口，因此，本方案采用LVDS转VGA的方案设计来满足此要求。本方案通过分析VGA显示时序和LCD显示时序之间的关系，找到了问题的突破口，同时验证了方案的可行性。

1 VGA 接口

VGA（Video Graphics Array）视频图形阵列是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的显示标准。VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，如图1所示。

VGA接口信号为模拟信号，它传输的主要信号分为红、绿、蓝模拟信号以及行同步信号和场同步信号。其引脚定义如表 1所示。

2 VGA时序与LCD时序分析

VGA的时序分为行时序和场时序。行时序如图2所示。

主要包括行总宽度、行消隐后肩（HBPD+1）、行消隐前肩（HFPD+1）、行同步脉冲（HSPW+1）、行显示时序段（HOZVAL+1），它们之间的关系为：

行总宽度 = （HBVD+1） + （HFPD+1） + （HSPW+1） + （HOZVAL+1）

行时序各部分的作用如下：

HBPD：确定行同步信号和行数据传输前的一段延时，描述行数据传输前延迟时间内VCLK脉冲个数；

HFPD：确定行数据传输完成后到下一行同步信号到来的一段延迟时间，描述行数据传输后延迟时间内VCLK脉冲个数；

HSPW：确定行同步时钟脉冲宽度，描述行同步脉冲宽度时间内VCLK脉冲个数；

HOZVAL：确定显示的水平方向尺寸。

场时序如图3所示。

主要包括场总宽度、场消隐后肩（VBPD+1）、场消隐前肩（VFPD+1）、场同步脉冲（VSPW+1）、场显示时序段（LIINEVAL+1），它们之间的关系为：

场总宽度 = （VBVD+1） + （VFPD+1） + （VSPW+1） + （LIINEVAL+1）

列时序各部分的作用如下：

VBPD：确定帧同步信号和帧数据传输前的一段延时，是帧数据传输前延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值；

VFPD：确定帧数据传输完成后到下一帧同步信号到来的一段延时，是帧数据传输后延迟时间和行同步时钟间隔宽度的比值；

VSPW：确定帧同步时钟脉冲宽度，是帧同步信号时钟宽度和行同步时钟间隔宽度的比值；

LINEVAL：确定显示的垂直方向尺寸。

典型的LCD时序图如图4所示，通过与VGA时序进行比较，可以发现LCD掃描时序和VGA时序很相似，这就为通过LCD控制器产生VGA所需时序信号提供了可能性，同时也为LVDS转VGA技术提供了理论依据。

要实现这种可能性，需要解决的问题主要有：

由于VGA接口的同步信号都是高电平有效而S5PV210的LCD接口同步信号是低电平有效，因此要解决两者的电平转换问题。

由于VGA接口的红绿蓝通道都为模拟量，而S5PV210的LCD控制器输出为RGB数字信号，为了解决信号不匹配的问题，必须通过D/A转换，将数字信号转换成模拟信号。

针对转换需求，本设计采用DS90CF364A芯片和D/A芯片SDA7123来解决此问题。

3 DS90CF364A和SDA7123芯片简介

DS90CF364A接收器可将4路LVDS数据流转换成并行的28位CMOS/TTL数据（24位RGB和4位Hsync、Vsync、DE及CNTL）。另外，DS90CF364A也可实现将3路LVDS数据流转换成并行的21位CMOS/TTL数据（18位RGB和3位Hsync、Vsync及DE）。这两种接收器的输出都采用下降沿选通。一个上升沿或下降沿选通发送器（DS90C383A/DS90C363A）可以和一个下降沿选通接收器在无任何传输逻辑的情况下互操作。

相比上一代产品，DS90CF364A的输出提供了一个更宽的数据有效时间，其结构框图如图5所示。

SDA7123是三路10位视频D/A转换器，分别完成R（红）、G（绿）、B（蓝）信号转换，电流型输出，绿通道可带同步信号输出。它的数据更新频率MSPS为140MHZ，SDA7123内带1.23V基准，工作温度范围宽（-40℃～+85℃）。适用于数字视频系统、图像处理、仪器、高精度显示器、视频信号重建等系统中，可与ADV7123替换使用。

其原理框图如图6所示。

SDA7123有三路独立的10位输入端口，可以在单电源5V下工作，也可以在单电源3.3V下工作。此外，SDA7123还有附加的两个视频控制信号：復合（同步信号）及（黑电平）。

4 LVDS转VGA接口电路设计

为了实现LVDS到VGA的转换，整体的硬件接口电路设计方法如下：

通过DS90CF364A芯片实现3路LVDS数据流到并行21位CMOS/TTL数据的转换；

DS90CF364A芯片转换后的21位CMOS/TTL数据中有18位属于RGB数据，将此18位数据作为SDA7123芯片的输入，最终完成LVDS到VGA接口的D/A转换设计。

该转换模块的结构框图如图7所示。

5 S5PV210芯片LCD相应控制寄存器设置

VGA输出支持多种分辨率显示模式，不同的分辨率显示模式对应的时序参数是不同的。因此，首先需要选定一个输出分辨率；其次就是配置相应的LCD控制器，以产生对应的时序参数。本方案采用PC作为显示输出端，多数厂商的PC显示器默认都支持分辨率VESA标准，因此本方案可以根据此标准来设置相应的LCD控制器参数，使得产生的VGA输出可以在大多数品牌厂商生产的PC端正常显示。

由于分辨率800×600、刷新频率为60Hz的VGA显示输出在一些品牌PC端并不能得到很好的支持，因此本方案选择分辨率1024×768、刷新频率为75Hz、16位彩色的VGA显示模式作为案例，来详细分析LCD相应控制寄存器的设置步骤。根据VESA标准，可以获得1024×768@75Hz下，行时序和场时序各部分的取值范围，其取值范围如表2所示。

下面根据表2的取值范围，来设置LCD相应的控制寄存器。首先声明，本案例的Src_clk （Frequency of Clock source）值为166 750 000Hz，因此，以下各个控制寄存器的取值都是在此基础上进行设置的。

VIDCON0寄存器。

CLKVAL_F：确定VCLK和CLKVAL[7：0]之间的比率。当CLKVAL>=1时，VCLK=HCLK/（CLKVAL+1）。

本方案的HCLK=166.75MHz，VCLK=Pixel Clock=78.75MHz，因此CLKVAL需设置为1。

L1_DATA16：选择间接i80接口（LDI1）数据输出格式模式，本设计采用的是16bpp模式，因此设置L1_DATA16=000.

L0_DATA16：选择间接i80接口（LDI0）数据输出格式模式，设置L0_DATA16=000，选择16位模式。

VIDTCON0寄存器。

VBPD：参考表2的数据可知，VBPD=（V Back Porch）/（Hor Total Time）=0.466ms/16.660us≈28；

VFPD：参考表2的数据可知，VBPD=（V Front Porch）/（Hor Total Time）=0.017ms/16.660us≈1；

VSPW：参考表2的数据可知，VSPW=（Ver Sync Time）/（Hor Total Time）=0.05ms/16.660us≈3；

VIDTCON1寄存器。

HBPD：由于VCLK=Pixel Clock=78.75MHz=12.6984ns，因此，参考表2的数据可知，HBPD=（H Back Porch）/（Pixel Clock）=2.235us/12.6984ns≈176；

HFPD：与上面类似，HFPD=（H Front Porch）/（Pixel Clock）=0.203us/12.6984ns≈16；

HSPW：与上面类似，HSPW=（Hor Sync Time）/（Pixel Clock）=1.219us/12.6984ns≈96；

VIDTCON2寄存器。

LINEVAL：由于本方案采用的是1024×768的分辨率，因此，LINEVAL=（Horizontal display size）-1=1023；

HOZVAL：HOZVAL=（Vertical display size）-1=767。

WINCON0寄存器。

BPPMODE_F：本方案采用的是16bpp（R：5-G：6-B：5）显示模式，因此，BPPMODE=5。

通过以上设计，就可以实现LVDS转VGA的信号输出。本方案的硬件电路采用透传模式，因此，只需设置好LCD控制器的相应寄存器，即可通过SDA7123的D/A转换，实现将视频或图片信息输出到VGA显示屏上。

6 测试

通过本方案设计的硬件电路，将S5PV210的LVDS接口和显示器的VGA接口连接起来，配置好相应的LCD控制寄存器，即可实现正常的视频或图片输出。显示图像如图8所示。

7 结论

本文提出了一种采用S5PV210的LCD控制器来实现VGA显示的方法。通过分析比较LCD接口时序与VGA接口时序的相同点，论证了LVDS转VGA接口的可行性。本设计通过配置LCD控制寄存器产生LVDS数字信号，然后通过DS90CF364A芯片将LVDS数字信号转换成TTL信号，最终通过视频D/A芯片SDA7123将TTL信号转换成VGA接口所需的模拟信号。实验结果表明，图像通过LVDS-VGA转换电路，在VGA接口的显示屏上，显示图像良好，可以满足广大普通用户的需求。该设计方案不仅成本低廉而且设置简单，适合有此需求的工程广泛采用。

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