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來源：富昌電子 作者：Pawel Kaczynski，嵌入式系統(tǒng)卓越中心經(jīng)理 顯示器的選擇正在成為嵌入式開發(fā)過程中越來越重要的元素。對于伴隨智能手機(jī)觸摸屏界面長大的新一代用戶而言，傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備界面的固定功能按鈕、旋鈕和開關(guān)以及基本狀態(tài)指示燈 LED 似乎是對黑暗時代的回歸。 因此，世界各地的嵌入式開發(fā)人員通常在處理新的設(shè)計(jì)項(xiàng)目時期望他們需要設(shè)計(jì)比上一代產(chǎn)品更大、圖形更豐富的顯示界面。 這不僅對顯示器本身的規(guī)格有重要影響，而且對嵌入式系統(tǒng)選擇微控制器或應(yīng)用處理器也有重要影響。這是因?yàn)轱@示器可能擁有與主機(jī)控制器或處理器連接的大量接口之一，但嵌入式系統(tǒng)中最常用的 MCU 和應(yīng)用處理器并不普遍支持這種接口。 這意味著設(shè)計(jì)人員的開發(fā)計(jì)劃比以往任何時候都更容易因顯示器和主機(jī)控制器之間的不匹配而受挫。為了幫助設(shè)計(jì)人員避免這種風(fēng)險，本文介紹了 LCD 使用的最常見接口，以及流行的 MCU 和處理器系列對它們的支持程度。 多種顯示器接口技術(shù) 將設(shè)計(jì)人員首選的 MCU 或應(yīng)用處理器與他們首選的顯示器相匹配的問題在于，雖然顯示器制造商使用的接口很多，但 MCU 或處理器通常只支持一兩種。 幸運(yùn)的是，顯示器制造商對接口的選擇并不是隨機(jī)的：低頻、低數(shù)據(jù)速率的接口通常用于更小、更簡單的顯示器；更快的接口通常用于對角線尺寸超過 10 英寸的大型顯示器，如圖 1 所示。嵌入式設(shè)計(jì)人員往往希望指定支持低速接口的低端 MCU 來控制具有小顯示器的系統(tǒng)，以及支持高速接口的高速處理器來控制具有大顯示器的系統(tǒng)。 
顯示器接口與顯示器尺寸的近似關(guān)系（圖片來源：富昌電子） 然而，在遷移時通常會出現(xiàn)問題，例如，在使用新的、更大的圖形顯示器升級系統(tǒng)設(shè)計(jì)、但同時保留現(xiàn)有的 MCU時。MCU 可能有足夠的能力來驅(qū)動預(yù)期的顯示輸出，但它是否有正確的板載接口？ 此時，了解嵌入式顯示器中可能使用的全部接口非常重要。最常見的是： · RGB：并行接口。完整版的 RGB 接口每像素傳輸 24 位數(shù)據(jù) (24 bpp)，或每種顏色 8 位數(shù)據(jù)。精簡版是 RGB565 (16 bpp) 和 RGB332 (8 bpp)。除了顯示數(shù)據(jù)信號外，該接口還傳輸控制信號：行和列指針（VSYNC 和 HSYNC），以及控制刷新率的時鐘信號。 · 串行外設(shè)接口(SPI)：在嵌入式系統(tǒng)中，SPI 最常用于傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、存儲器和收發(fā)器等外設(shè)與主機(jī)MCU 之間的通信。然而，小型低分辨率 LCD 也可以通過 SPI 連接到 MCU。 · MCU 并行接口：該接口的多個版本正在使用中。MCU 可以使用 11 個信號（8 位并行數(shù)據(jù)）、12 個信號（9 位并行數(shù)據(jù)）或 21 個信號（18 位并行數(shù)據(jù)）。 · 低壓差分信號（LVDS）：一種高速信號接口。在15英寸的較小 LCD 中，制造商使用具有 4 或 6 路的單通道 LVDS 接口，而在大于 15英寸的 LCD 單元中使用雙通道 LVDS 接口。LVDS 接口對 EMI 具有高抗擾度，并且功耗低。但是它的高速運(yùn)行需要相當(dāng)多的PCB布局專業(yè)知識。 · MIPI 顯示串行接口 (MIPI-DSI)：類似于 LVDS，一種高速信號接口，但主要用于手機(jī)和平板電腦等移動設(shè)備，以及汽車和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它由一個用于時鐘的差分信號和至少一個用于數(shù)據(jù)的差分對組成（通常具有兩個或四個通道）。MIPI-DSI通過復(fù)雜的協(xié)議軟件運(yùn)行，執(zhí)行高速數(shù)據(jù)傳輸，同時功耗很低。與 LVDS 接口不同，它支持雙向通信。但與 LVDS 一樣，它需要先進(jìn)的 PCB 布局技術(shù)。 事實(shí)上，涉及高速顯示接口的電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜性是相當(dāng)大的。與僅需要控制單端走線阻抗的 SPI 或 RGB24 不同，對于MIPI-DSI 和 LVDS 接口，開發(fā)人員需要控制差分走線阻抗。需要遵守管理高速信號系統(tǒng)特征處理的嚴(yán)格規(guī)則，包括差分對內(nèi)延遲差、參考時鐘信號的走線長度差異以及 PCB 層堆疊。在計(jì)劃實(shí)施包括大型顯示器的設(shè)計(jì)時，考慮到這些困難是很重要的。 還應(yīng)該說，除了上述廣泛用于嵌入式系統(tǒng)的接口外，顯示器還可能支持電視和計(jì)算機(jī)顯示器等消費(fèi)類設(shè)備中使用的多媒體接口：HDMI、DisplayPort 和嵌入式 DisplayPort (eDP)。一些用于嵌入式設(shè)計(jì)的 LCD 模塊也支持這些接口。例如，Winstar 使 LCD 模塊小至 5 英寸 WF50BTIFGDHTV 并帶有 HDMI 接口，旨在用于基于 Raspberry Pi™ 板的開發(fā)項(xiàng)目。 MCU/MPU 規(guī)格需要仔細(xì)研究 對于嵌入式開發(fā)人員來說，顯示接口的多樣性是一個問題，不僅僅是因?yàn)槭走x的 MCU 或處理器可能只支持單個顯示接口，而且這可能不是所選顯示器中的接口。比這更具挑戰(zhàn)性的是：如圖 2 所示，一些設(shè)備制造商僅支持整個產(chǎn)品系列中的有限的接口。許多 OEM 僅在單個 MCU 平臺上開發(fā)：這意味著他們只能從支持與該平臺相同接口的有限的顯示器范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
領(lǐng)先的 MCU 和嵌入式處理器制造商如何在其產(chǎn)品中支持顯示接口（圖片來源：富昌電子） 一般來說，高端的 MCU 為圖形顯示提供專用支持，包括支持各種顏色深度的并行 RGB24 等接口，或具有兩個或四個通道的 MIPI-DSI接口。 在非常高端的情況下，用于圖形應(yīng)用的專用處理器甚至可以提供集成的 HDMI 或 eDP 接口。 當(dāng)然，SPI 是任何 MCU 或處理器的標(biāo)準(zhǔn)功能，因此對于小型、低分辨率顯示器，主機(jī)控制器或處理器的選擇實(shí)際上是無限的。開發(fā)人員只需要注意包含通過 SPI 連接的許多外設(shè)的應(yīng)用：這里，設(shè)計(jì)人員需要確保控制器或處理器有足夠的引腳和電路板空間，以將芯片選擇 (CS) 信號連接到顯示器，因?yàn)槊總� SPI 設(shè)備（包括顯示器）都需要自己的 CS 信號。 如何處理接口不匹配 因此，本文表明，首選的 MCU 或處理器可能與首選的顯示器型號或尺寸不兼容。與其通過選擇不太適合應(yīng)用的設(shè)備或顯示器來妥協(xié)，不如開發(fā)人員可以在兩個不兼容的接口之間建立一座橋梁。 實(shí)現(xiàn)這種橋接功能的最簡單方法是使用現(xiàn)成的 IC 來執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換操作。一個例子是萊迪思半導(dǎo)體提供的 CrossLink 系列接口橋，如圖 3 所示。這些器件實(shí)際上是特定功能的 FPGA：它們在 MIPI-DSI、LVDS 和 RGB24 格式之間轉(zhuǎn)換信號，支持所有數(shù)據(jù)類型和任意數(shù)量的通道。
萊迪思 CrossLink 系列產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換功能（圖片來源：萊迪思半導(dǎo)體） 而且，CrossLink 器件還執(zhí)行附加功能，以從主控制器分流任務(wù)，例如 LCD 初始化、控制和排序。萊迪思為 FPGA 硬件提供特定應(yīng)用 IP，因此設(shè)計(jì)人員無需使用 VHDL 或 Verilog 開發(fā) FPGA 代碼。 CrossLink 系列中的八款產(chǎn)品包括一個采用小至 2.5 mm x 2.5 mm 的芯片級封裝的元器件。MIPI-DSI 接口模式下的性能足以支持 4K UHD 分辨率，并提供高達(dá) 12 Gbps 的數(shù)據(jù)速率。 雖然基于 FPGA 的 CrossLink 系列提供了在單個硬件平臺中支持多種數(shù)據(jù)格式的靈活性，但羅姆半導(dǎo)體還提供一系列固定功能 IC 解決方案。例如，BU90T82 串行器 IC 執(zhí)行 RGB24 到 LVDS 的轉(zhuǎn)換，而 BU90R102 執(zhí)行相反方向的轉(zhuǎn)換。 有時，情況不利于開發(fā)人員，并且不可能使用分立橋接 IC，例如當(dāng)主控制器或處理器板設(shè)計(jì)完成、但營銷規(guī)格的最后一刻更改需要使用新的、具有不兼容接口的更高性能或更大的 LCD時。 如果生產(chǎn)運(yùn)行率足夠高，天馬等一些顯示器制造商提供顯示器定制，提供支持客戶主板所需接口的獨(dú)特顯示器。 很明顯，由于主機(jī) MCU 或應(yīng)用處理器中對顯示接口的支持有限，顯示選擇問題變得復(fù)雜。恩智浦半導(dǎo)體、瑞薩、意法半導(dǎo)體和 Microchip 等制造商正在穩(wěn)步增加他們提供的專業(yè)圖形顯示控制器和處理器的范圍，以響應(yīng)市場不斷增長的需求，因此嵌入式設(shè)備和顯示器之間的兼容性會得到改善。 但在接口不匹配的情況下，萊迪思或羅姆半導(dǎo)體的接口轉(zhuǎn)換解決方案提供了一種解決方案，使開發(fā)人員能夠保留首選的顯示器和主機(jī)控制器或處理器。 |
