張宏財(cái),張春芳,肖連軍

(1.華東電子工程研究所,合肥230088;2.安徽工商職業(yè)學(xué)院;3.合肥學(xué)院)

張宏財(cái)(碩士),主要從事于電子技術(shù)方面的研發(fā)工作;張春芳、肖連軍(碩士),主要從事電子方面的教學(xué)工作。

汽車(chē)影音娛樂(lè)系統(tǒng)必不可少TFT液晶顯示屏,相應(yīng)的中小尺寸液晶屏驅(qū)動(dòng)芯片有很多廠商提供?，F(xiàn)在市面上大多數(shù)液晶驅(qū)動(dòng)芯片,僅支持字符型OSD的顯示,只有簡(jiǎn)單的文字、符號(hào)和色彩單一的OSD功能,不能滿足人們對(duì)顯示界面的視覺(jué)要求。相較字符型OSD,位圖OSD通過(guò)對(duì)最終顯示內(nèi)容上特定區(qū)域的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行改變,直接將OSD信息疊加到最終的顯示畫(huà)面上,其按像素進(jìn)行控制的方式可以保證具有多色及足夠的表現(xiàn)能力。

1 OSD類(lèi)型及實(shí)現(xiàn)的方式

OSD有字符型和位圖型2種類(lèi)型。

(1)字符型

早期及低成本的解決方案中使用字符型OSD發(fā)生器。其原理是將OSD中顯示內(nèi)容按照特定的格式(12×18、12×16等)分割成塊,并把這些內(nèi)容固化在ROM 或Flash中,在顯示緩存中僅存放對(duì)應(yīng)的索引號(hào),這樣的“字典”結(jié)構(gòu)可以大幅減少顯示緩存的需求。

字符型OSD優(yōu)點(diǎn)是可以使用較少的顯示緩存,并且MCU只需要指定顯示內(nèi)容的索引即可顯示對(duì)應(yīng)的OSD信息,可以在低速的MCU上實(shí)現(xiàn)此功能。但由于上述的顯示信息和顏色編碼方式不夠直觀,所以會(huì)給字符型OSD的固件開(kāi)發(fā)帶來(lái)一些麻煩。通常液晶顯示器、低成本的平板電視和CRT傳統(tǒng)電視上均使用這一類(lèi)OSD。

(2)位圖型

位圖OSD的處理原理比較直觀簡(jiǎn)單:通過(guò)對(duì)最終顯示內(nèi)容上特定區(qū)域的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行改變,直接將OSD信息疊加到最終的顯示畫(huà)面上,其按像素進(jìn)行控制的方式可以保證畫(huà)面具有多種顏色以及足夠的表現(xiàn)能力。一個(gè)OSD位圖塊就是一系列位置和大小可編程的矩形區(qū)域。

理論上,位圖OSD的顯示效果可以做到非常完美的程度,可以提供具有立體感的各種物件圖像。其要求具有足夠的OSD顯示緩存,并且要求MCU具有較快的速度,可以實(shí)時(shí)刷新OSD像素點(diǎn)的值。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和存儲(chǔ)器成本的不斷下降,未來(lái)的OSD應(yīng)該都是位圖型的。

OSD的實(shí)現(xiàn)方式一般有兩種:外部疊加方式是疊加合成OSD發(fā)生器產(chǎn)生的視頻與圖像視頻;內(nèi)部疊加方式則是由視頻處理器直接在視頻緩存內(nèi)部疊加OSD信息后輸出合成的視頻?？紤]到車(chē)載系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)可靠性及性能價(jià)格方面的較高要求,這里采用內(nèi)部疊加方法實(shí)現(xiàn)位圖OSD,使用TW8811作為OSD視頻疊加控制器,實(shí)現(xiàn)圖形化用戶(hù)界面。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 TW8811簡(jiǎn)介

Techwell公司的TW8811芯片不但具有一般液晶驅(qū)動(dòng)芯片的功能,還具有位圖OSD、3D梳妝濾波器、畫(huà)中畫(huà)、可接模擬屏、數(shù)字屏等功能。其內(nèi)部的位圖OSD產(chǎn)生器,其色彩最高可達(dá)到256色顯示,支持抖動(dòng)、透明、Alpha混合等功能。外部視頻信號(hào)和TW8811自身產(chǎn)生的位圖OSD信號(hào)在 TW8811內(nèi)部疊加,輸出為L(zhǎng)CD顯示屏需要的各種時(shí)序信號(hào)和疊加了位圖OSD的模擬RGB信號(hào),在顯示屏上就可以顯示絢麗的位圖OSD界面或位圖OSD與視頻畫(huà)面疊加的界面。

對(duì)TW8811的操作主要是對(duì)控制器進(jìn)行相應(yīng)操作,TW8811的內(nèi)部寄存器分為3頁(yè),分別以前綴0x、1x、2x開(kāi)頭,每頁(yè)寄存器頁(yè)內(nèi)地址為00～FF,256個(gè)字節(jié)。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本車(chē)載DVD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,由 DVD 機(jī) 芯、MCU控制器、視頻處理器 TW8811、LCD顯示器、收音機(jī)及音頻處理等電路組成。MCU通過(guò)各種總線控制DVD機(jī)芯等設(shè)備,位圖OSD數(shù)據(jù)事先經(jīng)上位機(jī)串口燒入Flash存儲(chǔ)器中。

TW8811由單片機(jī)控制,采用并行方式接口,TW8811接收來(lái)自DVD機(jī)芯的模擬視頻信號(hào),處理后由輸出端口輸出到LCD液晶屏中。由于TW8811沒(méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)器,所以,在單片機(jī)外圍電路中外接1塊Flash芯片專(zhuān)用于存儲(chǔ)待顯示的位圖OSD圖形數(shù)據(jù),由上位機(jī)通過(guò)串口寫(xiě)入;位圖OSD SDRAM緩存區(qū)是在系統(tǒng)上電時(shí),MCU把Flash中的位圖OSD圖形數(shù)據(jù),經(jīng)TW8811轉(zhuǎn)存到和其相連的SDRAM中,經(jīng)TW8811處理后,在LCD顯示器上顯示出位圖OSD畫(huà)面或視頻和位圖OSD疊加的畫(huà)面。

MCU對(duì)TW8811的片內(nèi)寄存器的讀寫(xiě)有串行與并行2種方式,串行方式使用I2C協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2線連接,傳輸速度可達(dá)到400 KB/s,而并行方式可達(dá)到更快的傳輸速度。本系統(tǒng)中由于系統(tǒng)在上電時(shí),MCU需在極短的時(shí)間內(nèi),把Flash中的位圖OSD數(shù)據(jù)搬運(yùn)到SDRAM中,隨后顯示出第一幅OSD界面,故系統(tǒng)MCU和TW8811采用的是并行連接方式,接口如圖2所示。

圖1 車(chē)載DVD系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 TW8811和MCU的并行接口

ADD/DATA[1～8]根并行線用來(lái)分時(shí)傳輸?shù)刂泛蛿?shù)據(jù),再加上片選地址鎖存寫(xiě)使能、讀使能共4根控制線,總共14根線連接。在并行的接口方式下,TW8811也支持同寄存器頁(yè)內(nèi)寄存器地址自動(dòng)加1功能,可方便地執(zhí)行同寄存器頁(yè)內(nèi)寄存器的連續(xù)地址的讀操作或?qū)懖僮鳌?/p>

3 位圖OSD界面軟件設(shè)計(jì)

3.1 位圖OSD顯示機(jī)理

不管是外部疊加的位圖OSD還是內(nèi)部疊加的位圖OSD,其實(shí)現(xiàn)的機(jī)理基本上一樣,圖形OSD界面都是由一個(gè)一個(gè)的像素點(diǎn)組成,位圖OSD控制器就是對(duì)一個(gè)一個(gè)像素進(jìn)行控制。存儲(chǔ)在Flash中的位圖OSD的圖形數(shù)據(jù),實(shí)際上是顏色查找表的索引,通常所說(shuō)的4位色、8位色顯示,表示位圖OSD的數(shù)據(jù)是由4位、8位組成的,這4位、8位又表示顏色查找表有多少顏色可查找顯示。4位色表明顏色查找表有24=16種顏色可供查找顯示,同理8位色表明顏色查找表有28=256種顏色可供查找顯示。

顯示OSD界面時(shí),OSD控制器通過(guò)OSD數(shù)據(jù)找到顏色查找表中相對(duì)應(yīng)的顏色數(shù)據(jù),然后把顏色查找表的數(shù)據(jù)疊加到視頻信號(hào)上,一起送出給液晶屏,其過(guò)程如圖3所示。

3.2 TW8811位圖OSD顯示過(guò)程

TW8811 OSD控制器支持2個(gè)OSD窗口:窗口0和窗口1。當(dāng)2個(gè)窗口同時(shí)在同一區(qū)域顯示時(shí),窗口0具有高優(yōu)先級(jí)顯示,支持1位色/2位色/4位色/8位色顯示。

TW8811位圖OSD界面原理框圖如圖4所示。

本系統(tǒng)要顯示位圖OSD界面時(shí):

①首先需初始化TW8811寄存器。

圖3 位圖OSD顯示機(jī)理

圖4 TW8811位圖OSD界面原理框圖

②劃分SDRAM中的區(qū)域,一部分作為位圖OSD數(shù)據(jù)從Flash搬運(yùn)來(lái)的存儲(chǔ)區(qū),即設(shè)置TW8811的0x10F～0x111寄存器值;一部分作為位圖OSD數(shù)據(jù)顯存區(qū),即設(shè)置TW8811的0x115～0x117寄存器值。

③MCU從外部Flash存儲(chǔ)器中讀出存儲(chǔ)在其中的位圖OSD數(shù)據(jù),再把位圖OSD數(shù)據(jù)寫(xiě)入 TW8811的0x118寄存器中,TW8811會(huì)自動(dòng)的把0x118寄存器中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入SDRAM中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū),SDRAM實(shí)際上就相當(dāng)于TW8811的一個(gè)緩存,其數(shù)據(jù)的搬運(yùn)過(guò)程如圖5所示。

圖5 上電后OSD數(shù)據(jù)的搬運(yùn)過(guò)程

④設(shè)置位圖OSD窗口信息,如顯示窗口在顯示屏上的位置、窗口的長(zhǎng)度、寬度等。

⑤設(shè)置當(dāng)前位圖OSD界面的顏色查找表。

⑥設(shè)置當(dāng)前位圖OSD界面的顯示屬性,如透明色、Alpha混合等。

⑦把SDRAM中OSD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到OSD界面顯存區(qū)。這樣位圖OSD就可以在液晶屏上顯示出來(lái),如要顯示下一幅OSD界面時(shí),則從第4步開(kāi)始重新設(shè)置OSD窗口信息、顏色查找表、窗口屬性,把SDRAM 中OSD數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到OSD界面顯存區(qū),這樣就可以一幅一幅顯示位圖OSD窗口界面了。

該設(shè)計(jì)方案采用2 MB的Flash器件作為圖形庫(kù),存儲(chǔ)主畫(huà)面菜單、DVD界面按鈕、提示圖案等位圖圖形數(shù)據(jù),滿足DVD圖形顯示界面要求。圖6是本方案的車(chē)載DVD圖形顯示界面。

圖6 車(chē)載DVD圖形顯示界面

結(jié) 語(yǔ)

以TW8811為核心的OSD系統(tǒng),較好地解決了車(chē)載DVD系統(tǒng)圖形界面與系統(tǒng)復(fù)雜性間的矛盾。實(shí)際效果證明,使用TW8811組成的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,滿足車(chē)載系統(tǒng)的機(jī)械、電氣性能要求,具有很高的性?xún)r(jià)比。

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