SSD1906顯示控制器在嵌入式系統中的設計應用

引言

SSD1906是Solomon公司推出的一款中小規模的顯示控制芯片。這款顯示控制芯片集成了顯存及時序電路，因而為手持設備和消費電子領域提供了一個低成本、低功耗的單芯片解決方案。

AT91RM9200是Atmel公司推出的一款基于ARM9的嵌入式處理器，時鐘頻率為180MHz。AT91RM9200處理器內部沒有集成LCD控制器，因而需要通過專用的顯示控制器，實現LCD顯示。本文介紹SSD1906顯示控制器在基于AT91RM9200微控制器的嵌入式系統中的具體應用。

1 、SSD1906顯示控制器介紹

SSD1906顯示控制芯片，內部集成了256KB的SRAM顯存，可以支持單色和彩色LCD，以及多種有源和無源面板。SSD1906還具有強大的總線兼容性，可與多種類型的MCU連接。此外，SSD1906提供的功能還包括虛擬顯示、浮動窗口（窗口大小可變）顯示，并支持兩個光標，可以減少軟件的操作。32位的內部數據通道，可以提供高帶寬的顯示內存，以實現現快速的屏幕刷新。SSD1906還個有單電壓供電的優點。

SSD1906顯示控制器的另一個特點，是具有很短的CPU訪問延遲時間，因而可以支持無READY/WAIT交互信號的微處理器。此外，SSD1906支持單時鐘信號輸入，即總線時鐘（BCLK）、內存時鐘（MCLK）和像素時鐘（PCLK）都可以由時鐘輸入CLK1得到。這款顯示控制器對MCU的類型和操作系統沒有具體要求，因而是實際應用中的一個理想的顯示解決方案。基于SSD1906的顯示控制系統結構如圖1所示。

1.1 總線兼容性

SSD1906顯示控制器兼容多種類型的MCU接口，特別是對現在常用的嵌入式處理器，基本上都可以實現無縫連接。對于不同的總線接口，SSD1906內部提供了多個時序控制寄存器，可以根據不同接口的時序要求，進行相應的配置。SSD1906支持的MCU總線接口類型包括：具有WAIT信號的通用#1型和通用#2型總線接口；Intel StrongARM/Xscale;Motorla MX1龍珠；Motorola MC68K;Motorola龍珠MC68ez328/MC68VZ328；日立SH3和SH4。

除了支持16位和32位的處理器以外，SSD1906還可以支持8位的處理器。SSD1906內部集成了256KB的顯存，支持寄存器在內存中的映射；通過M/R輸入信號，選擇訪問內存地址空間，或者訪問寄存器地址空間。此外，通過18位地址總線，MCU可以直接訪問SSD1906內部連續的256KB顯存。

1．2 顯示支持與顯示模式

SSD1906顯示控制器支持多種類型的LCD接口，包括4/8位單色STN接口；4/8位彩色STN接口；9/12/8位有源矩陣TFT接口。此外，SSD1906支持1/2/8/16bpp四種色深。對于單色無源LCD面板，SSD1906還個有64個灰度級；對于無源STN面板和有源矩陣TFT面板，SSD1906都可以支持多達256K顏色。此外，SSD1906還支持多種分辨率，包括320×320，160×160和160×240（其中色深為16bpp）。

1．3 顯示特性

在顯示特性方面，SSD1906支持顯示旋轉模式，通過對SSD1906內部相應控制寄存器的設置，可以實現顯示圖像的90°、180°和270°硬件旋轉。同時，SSD1906還支持虛擬顯示，即顯示的圖像尺寸可以比實際選用的LCD面板大。用戶可以通過上下和左右滾動屏幕，實現完整圖像的觀看。

SSD1906顯示控制器支持浮動窗口顯示模式。在這種模式下，主顯示窗口中可以同時顯示一個浮動窗口，這個浮動窗口可以位于主窗口中的任意位置，具體可以通過浮動窗口控制寄存器進行設置。此外，SSD1906還支持兩個硬件光標（只支持4/8/16bpp），并支持雙緩存/多頁模式，因而可以顯示流暢的動畫，并可以實現實時的屏幕刷新。

2 、AT91RM9200微控制器

Atmel公司的AT91RM9200是基于ARM Thumb的ARM920T微控制器，時鐘頻率為180MHz，運算速度可以達到200MIPS。AT91RM9200內部分別有16KB的數據緩存和指令緩存，具有存儲器管理單元（MMU）。此外，AT91RM9200內部還包括16KB的SRAM和128KB的ROM，具有外部總線接口（EBI），支持SDRAM、靜態存儲器、Burst Flash、CompactFals、SmartMedia以及NAND Flash。

AT91RM9200微控制器提供的系統外設包括：增強的時鐘發生器和電源管理控制器；2個具有雙PLL的片上晶振，低時鐘操作模式以及通過軟件實現的電源優化功能；具有4個可編程的外部時鐘信號；系統定時器包括定時中斷、看門狗和第二計數器；具有報警中斷的實時時鐘；具有調試單元、兩線UART，并且支持調試通信通道；具有8個優先級的高級中斷控制器，可獨立屏蔽的向量中斷源，具有偽中斷保護功能；擁有7個外部中斷源和1個快速中斷源；4個32位的PIO控制器，多達122條可編程的I/O線，每條I/O線具有輸入變化中斷和漏極開路電容；具有20個通道的外圍數據控制器（PDC）。

3、硬件設計

3.1 SSD1906的總線接口

SSD1906顯示控制可與多種MCU相連，具體的連接方式取決于MCU所支持的總線類型。SSD1906支持單時鐘輸入（CLKI），從而可以由MCU的總線時鐘為其提供時鐘信號。對于通用#1總線，SSD1906用于與MCU相連的引腳為：

A0——接低電平；

A［17：1］——系統地址總線位17～1；

D［15：0］——系統數據總線輸入；

WE0——低8位數據的寫使能信號輸入；

WE1——高8位數據的寫使能信號輸入；

CS——片選輸入；

M/R——選擇讀寫顯示內存或內部寄存器。高為顯示內存，低為內部寄存器；

BS——接高電平；

RD/WR——高8位數據的讀命令輸入；

RD——低8位數據的讀命令輸入；

WAIT——等待信號輸出。可以通過配置，決定該信號為高電平有效或低電平有效；

RESET——復位輸入信號。

3．2 總線接口分析與實現

AT91RM9200微控制器的總線接口屬于通用#1型接口，因而可與SSD1906直接相連。其中，AT91RM9200的A［17：1］、D［15：0］、NWR0、NWR1、NCS2、NWAIT、NRST引腳，可以分別與SSD1906的A［17：1］、D［15：0］、WE0、WE1、CS、WAIT和RESET引腳直接連接。而AT91RM9200的NRD引腳可以使能16位或者8位的讀訪問，因而可與SSD1906的RD/WR和RD引腳相連，作為高字節和低字節的讀使能信號。對于SSD1906的M/R信號，可以由AT91RM9200的A18信號進行控制。SSD1906與AT91RM9200的總線連接如圖2所示。

此外，由于SSD1906的CLKI的輸入時鐘頻率最高為66MHz，而其總線時鐘頻率最高也為66MHz，因SSD1906的總線時鐘BCLK可以直接由CLKI提供，其頻率比為1：1。另外，AT91RM9200的總線類型為通用#1型，選NWAIT信號為低有效，總線接口為小端模式，所以可以確定SSD1906的配置引腳CF［7：0］為0x0Bh。

4 、寄存器配置

在寄存器配置方面，包括對MCU的初始化及對SSD1906的初始化和設置。對于AT91RM9200微控制器，首先，必須設置相應的PIO控制寄存器，將有復用的I/O線配置為所需要的功能。其次，考慮到SSD1906的CLKI時鐘頻率最高為66MHz，因此，需要對AT91RM9200的PMC_PCK0寄存器進行設置，保證PCK0的輸出時鐘頻率不超過66MHz。下面分別介紹SSD1906的主要寄存器配置。

4.1 SSD1906的內部時鐘設置

SSD1906支持單時鐘輸入，即所有的時鐘信號都可以由CLKI的輸入時鐘提供。對于SSD1906的總線時鐘BCLK，可以通過配置CD［7:6］引腳，對CLKI得到需要的BCLK。這里將CF［7:6］配置為00，即BCLK=CLKI。

內存時鐘MCLK用于訪問SSD1906內部的SRAM。SSD1906的設計充分考慮了省電控制，當顯示控制器不工作時，時鐘自動關才。而另一方面，減小MCLK的頻率，會增加MCU時鐘延遲，從而降低屏幕刷新的性能。因此，為了在省電與性能之間達到最優的平衡，MCLK的頻率配置必須滿足兩點：既要有足夠高的內存訪問頻率，以提供較快的刷新率，又要保證MCU的延遲為一個可接受的值。通過配置寄存器REG［04h］，由BCLK得到MCLK時鐘。

像素時鐘PCLK用于控制LCD面板。PCLK的選擇必須與LCD面板的最優幀速率相匹配。幀速率的計算公式為

幀速率=fPCLK/（HT）×（VT）

其中：fPCLK為PCLK時鐘頻率，單位為Hz；

HT=（（REG［12h］bits 6-0）+1）×8Ts，為水平總周期；

VT=（（REG［19h］bits 1-0，REG［18h］bits 7-0）+1）lines，為垂直總周期。

像素時鐘PCLK的選擇具有很大的靈活性。首先，LCD面板的幀速率一般都有一個允許的范圍。其次，像素時鐘頻率也可以指定為一個很的值，然后，通過調整水平和垂直顯示周期，將幀速率降低到一個最優值。像素時鐘的時鐘源可以為MCLK或BCLK。通過配置寄存器REG［05h］，可以得到不同的PCLK。

4.2 虛擬顯示模式的設置

SSD1906支持虛擬顯示模式，具體可以通過以下寄存器的設置實現。首先，設置主窗口顯示起始地址寄存器REG［74h］、REG［75h］和REG［76h］，指定顯示內存中主窗口圖像的起始地址。然后，設置主窗口線地址偏移寄存器REG［78h］和REG［79h］，確定虛擬圖像的水平像素數。當然，設定的水平像素數必須大于LCD面板的實際顯示像素寬度，才可以實現虛擬顯示，否則為普通顯示模式。圖3所示為主窗口與虛擬顯示區域的關系。