基于Nios II的LCD控制器设计与驱动开发

论文摘要

随着计算机科学技术的发展，嵌入式系统成为当前最热门、最有发展前景的IT应用领域之一，它是以应用为中心，以计算机技术、微电子技术为基础，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算系统。片上可编程系统（SOPC）是基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的SOC嵌入式解决方案，具有灵活的软硬件可裁减特性，它可以将处理器、存储器、I/O口以及需要的功能模块集成到一个FPGA器件上，构建成一个可编程的片上系统。Nios II嵌入式软核处理器作为SOPC系统的核心，有着出色的优化逻辑、卓越的性能和极高的性价比，并且可根据课题的方案要求来定制处理器，选择合适的外设、存储器和接口等组件。本文将SOPC与嵌入式系统结合在一起，采用了Altera公司的整套嵌入式解决方案，在大规模大容量FPGA上，设计和复用包含特定功能和相关参数描述的IP模块，集成为片上系统SOPC。本课题深入研究SOPC系统的硬件系统设计和软件开发方法，在DE2硬件开发板上成功移植uClinux嵌入式系统，自行设计了适用于Topply公司的TFT液晶屏的LCD控制器，该LCD控制器可以支持320ｘ240分辨率、24位真彩色的液晶屏。本论文详细测试验证了系统外围模块和LCD控制器模块，深入理解Nios II软核机制，归纳总结基于Nios II的SOPC设计方法和经验，并最终实现了基于uClinux的LCD驱动程序移植。本设计采用软硬件协同设计方法解决在设计和调试过程中出现的LCD模块设计、IP复用、系统验证的关键问题，保证系统集成过程中的系统稳定性和可验证。通过基于Altera Nios II SOPC平台的设计开发，其意义还在于找到一条有利于科学技术积累和创新、提高开发能力、降低开发风险与成本的有效解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题来源及相关背景
• 1.2.1 嵌入式处理器
• 1.2.2 嵌入式操作系统
• 1.2.3 可编程片上系统 SOPC 技术
• 1.2.4 IP 技术
• 1.2.5 LCD 液晶显示技术
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 SOPC软硬件开发调试
• 2.1 Nios II 嵌入式软核处理器
• 2.1.1 Nios II 处理器特性
• 2.1.2 Nios II 处理器架构
• 2.1.3 Nios II 处理器在系统中的配置
• 2.2 Avalon 总线
• 2.2.1 Avalon 总线结构
• 2.2.2 Avalon 总线传输特性
• 2.3 系统搭建与外围组件配置
• 2.3.1 SOPC 系统设计流程
• Nios 系统搭建'>2.3.2 DE2_Nios 系统搭建
• 2.3.3 定制 SDRAM 控制器
• 2.3.4 定制 CFI 控制器
• 2.3.5 定制 PLL 控制器
• 2.3.6 定制 DMA 控制器
• 2.3.7 定制 UART 控制器
• 2.4 系统软硬件协同设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 LCD控制器设计
• 3.1 LCD 控制器概述
• 3.2 LCD 组件介绍
• 3.2.1 LCD 液晶屏
• 3.2.2 LCD 驱动芯片
• 3.3 LCD 控制器硬件设计
• 3.3.1 LCD Controller 系统设计
• LCD 控制器总线接口'>3.3.2 DE2_LCD 控制器总线接口
• LCD 控制器总线时序'>3.3.3 DE2_LCD 控制器总线时序
• 3.3.4 FIFO（先入先出存储器）设计
• 3.3.5 LCD 显示时序发生器
• 3.3.6 驱动芯片 TPG051 控制器
• LCD 控制器功能测试'>3.4 DE2_LCD 控制器功能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于uClinux的嵌入式系统开发
• 4.1 嵌入式uCLinux
• 4.2 Linux 设备驱动
• 4.2.1 Linux 设备驱动特点
• 4.2.2 Linux 设备驱动结构
• 4.3 Linux 下的 LCD 驱动设计
• 4.3.1 引入 Framebuffer
• 4.3.2 Framebuffer 帧缓冲结构的实现
• LCD Framebuffer 驱动设计'>4.3.3 DE2_LCD Framebuffer 驱动设计
• 4.3.4 基于 Nios II 处理器的 LCD 驱动改进
• LCD 编译环境修改'>4.3.5 DE2_LCD 编译环境修改
• 4.4 启动界面测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历