论文摘要
移动多媒体SoC芯片中LCD显示的实时性和其子系统对视频解码性能的影响直接关系到终端设备的性能指标,此外,对其低成本和低功耗的要求越来越高。本文研究了SoC芯片中与LCD子系统的性能密切相关的系统构架、LCD控制器、存储控制器和数据传输机制。针对显示系统稳定性、性能和功耗的设计问题,提出了几种优化设计的方法,以提高系统的计算能力、系统有效数据吞吐量和降低芯片的功耗和面积。在此基础上,本文对移动多媒体应用的SoC芯片AS3310中影响LCD显示性能的总线构架及关键部件,进行了改进设计,主要的优化设计内容如下:1)针对原设计中总线轮转仲裁机制造成的LCD显示抖动的问题,一方面改善构架的设计结构,另一方面设计了一种高速总线上支持多种优先级的仲裁机制,从而保证了视频显示系统的稳定性。2)针对原设计中需要用软件将YCbCr格式的图像数据转换成一帧RGB格式的数据的问题,本文提出了一种同时支持YCrCb和RGB图像数据格式的LCD控制器结构,并实现了一种零周期损失和高效完成CPU传送请求的SDRAM控制器优化设计。这两个IP的优化加速了视频解码的性能,同时节约了CPU资源和内存空间。3)在LCD显示系统的低功耗中,本文提出了一种软硬件的协同优化来实现低功耗设计的方案。通过对图像特征的硬件自动检测,利用伪彩色显示技术和缓存驻留技术,软硬件协同实现了对液晶显示系统的低功耗设计,在特定的应用下系统的功耗得到较大的降低。上述的性能优化设计在FPGA上得以实现,和整个系统一起进行了开源的Linux操作系统和开源的mplayer多媒体播放器的运行,通过上述优化设计和原设计的对比验证,优化设计达到了预期的效果。上述显示系统功耗的优化设计已经在一款移动多媒体SoC芯片AS3310-D的设计中得到了应用,该芯片已经通过了0.18微米工艺流片,通过测试验证表明本低功耗设计可以降低系统功耗20%-30%。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 SOC 系统的背景及相关概念1.2 片上总线在SOC 系统中的应用1.3 多媒体SOC 发展趋势1.4 本论文的主要研究的工作1.5 论文的主要结构第二章 片上总线的原理与结构2.1 片上总线的构成2.2 片上总线的传输原理2.2.1 valid –ready 握手原理2.2.2 传输时序2.2.3 迸发传输2.3 片上总线的结构2.3.1 数据流总线2.3.2 单层总线2.3.3 多层总线2.3.4 分段总线2.4 本章小结第三章 A53310 芯片构架优化设计3.1 原A53310 的芯片设计3.1.1 AMBA 总线构架3.1.2 总体组织结构描述3.1.2 详细设计描述3.2 芯片构架优化设计3.2.1 显示系统稳定性问题描述3.2.2 系统构架设计上的问题3.2.3 构架的优化设计3.3 本章小结第四章 LCD 子系统性能优化4.1 LCD 控制器集成YCRCB 的硬件加速4.1.1 硬件设计框图4.1.2 单点YCrCb 转RGB 模块4.1.3 RGB 的FIFO4.1.4 CrCb 优化的FIFO4.1.5 YCrCb 图像显示和RGB 图像显示的数据流控制模块4.1.6 RGB 显示控制模块4.1.7 理论分析4.1.7.1 性能分析4.1.7.2 代价评估4.2 SDRAM 控制器的优化设计4.2.1 ARM926EJS 传输方式4.2.2 Other master 的传输方式4.2.3 ARM926EJS 传输响应方式4.2.4 Other master 传输响应方式4.2.5 原SDRAM 控制器的设计4.2.6 SPLIT 机制的实现4.2.7 SDRAM 控制器对split 传输的支持4.2.8 原SDRAM 控制器对ARM926EJS 特殊传输的split 响应和处理..4.2.9 SDRAM 控制器和总线接轨的优化4.2.10 原SDRAM 控制器对片外SDRAM 的响应方式4.2.11 SDRAM 控制器对片外SDRAM 传输响应优化设计4.3 本章小结第五章 显示系统的低功耗设计5.1 显示系统低功耗设计概述5.2 显示系统功耗分析5.3 低功耗显示系统技术5.3.1 自动检测功能，和伪彩色显示技术:5.3.2 缓存驻留技术5.4 本章小结第六章 验证与性能分析6.1 SDRAM 控制器的优化对系统解码性能的影响6.2 硬件加速功能测试比较6.3 系统低功耗测试比较6.4 本章小结第七章 总结和展望缩略语参考文献致谢攻读学位期间发表的学术论文攻读学位期间申请的专利
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