基于Nios的GDM12864A显示模块控制
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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写指令子程序：
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写数据子程序：
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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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