استانداردهای گذرگاه ارتباطی با نمایشگرهای گرافیکی و واحد واحد LTDC

0

استانداردهای گذرگاه ارتباطی با نمایشگرهای گرافیکی و واحد واحد LTDC

بخش گرافیکی در سیستم­های Embedded از یک میکروکنترلر، بافر فریم، کنترلر نمایشگر و یک نمایشگر تشکیل شده است. در شکل 1 بخش­های مختلف سیستم نشان داده شده است.

بخش های مختلف سیستم گرافیکی
بخش های مختلف سیستم گرافیکی
  • میکروکنترلر: میکروکنترلر با استفاده از کتابخانه­های گرافیکی تصویر موردنظر را مسئول پردازش تصویر است. پردازش تصویر توسط خود CPU میکروکنترلر و یا با استفاده از واحدهایی نظیر DMA2D Chrome-Art Accelerator انجام می­شود. میکروکنترلر تصویر موردنظر را در بافر فریم می­نویسد. هر چقدر فرآیند نوشتن سریع تر باشد نمایش تصویرهای متوالی با کیفیت بالاتر و روان­تر خواهد بود.
  • فریم بافر: از Graphic RAM (GRAM) یا فریم بافر برای ذخیره پیکسل­های تصویر استفاده می­شود. معمولا نوع GRAM از حافظه­هایی نظیر SRAM، DRAM انتخاب می­شود و اندازه آن بستگی به اندازه و کیفیت تصویر موردنظر دارد. گاهی برای جلوگیری از نمایش تصویری که نوشتن آن به اتمام نرسیده است، از از تکنیک Double buffering استفاده می­شود. در این حالت از GRAM برای نمایش تصویر و از یک GRAM دیگر برای نوشتن تصویر استفاده می­شود. بدین صورت که تا زمانی که فرآیند نوشتن تصویر در یک GRAM به اتمام نرسیده است، GRAM دیگر نمایش داده می­شود.
  • کنترلر: کنترلر مسئول Refresh کردن تصویر است. کنترلر دائما داده را تصویر را از GRAM می­خواند و در نمایشگر کپی می­کند. کنترلر هم می­تواند داخل میکروکنترلر باشد و هم داخل ماژول نمایشگر.
  • نمایشگر: از نمایشگر برای نمایش تصویر استفاده می­شود. مشخصه­های یک نمایش­گر عبارتند از:
    • اندازه نمایشگر: تعداد پیکسل­های تصویر در هر سطر و ستون است که معمولا بصورت ضرب دو عدد نوشته می­شود.
    • عمق رنگ: تعداد رنگ­هایی که هر پیکسل می­تواند نشان دهد. واحد عمق رنگ bit per pixel (bpp) است. برای مثال اگر نمایشگر با عمق تصویر 24 bpp باشد هر پیکسل می­تواند 256*256*256 = 16777216 رنگ را نمایش دهد.
    • نرخ Refresh: تعداد دفعاتی که نمایشگر می­تواند تصویر را Refresh می­شود. نرخ Refresh تصویر باید حداقل 60 Hz باشد.

دسته بندی ماژول های گرافیکی

ماژول­های نمایشگر با توجه به داخلی یا خارجی بودن GRAM به دسته­های زیر تقسیم می­شوند.

  • در دسته اول GRAM و کنترلر در داخل ماژول نمایشگر قرار دارند. در شکل 2 نحوه قرار گیری GRAM نشان داده شده است.
ماژول نمایشگر دارای کنترلر و GRAM
ماژول نمایشگر دارای کنترلر و GRAM
  • در دسته دوم GRAM در بیرون ماژول نمایش­گر قرار دارد و نمایشگر فقط دارای یک کنترلر ساده جهت کنترل timing آن است. در این ساختار کنترلر در داخل میکروکنترلر قرار دارد و GRAM هم می­تواند در داخل میکروکنترلر (شکل 3) و هم خارج آن (شکل 4) باشد.
ماژول نمایشگر بدون کنترلر و GRAM
ماژول نمایشگر بدون کنترلر و GRAM
ماژول نمایشگر بدون کنترلر و GRAM و به همراه حافظه GRAM خارجی
ماژول نمایشگر بدون کنترلر و GRAM و به همراه حافظه GRAM خارجی

استانداردهای گذرگاه ارتباطی با نمایشگر های گرافیکی

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) یک موسسه بین المللی است که توسط شرکت­های ARM، Intel ، Nokia، Samsung، STMicroelectronics و Texas Instrument تاسیس شده است. MIPI مشخصه­های ارتباطی ادوات موبایل و وابسته به آن را مشخص می­کند. MIPI در زمینه نمایشگرهای گرافیکی استانداردهای زیر را تعیین کرده است.

MIPI display bus interface MIPI-DBI

MIPI-DBI جز اولین استانداردهایی است که موسسه MIPI برای نمایشگرهای گرافیکی ارائه کرده است. در این استاندارد سه نوع گذرگاه مشخص شده است:

  • نوع A: براساس گذرگاه Motorola 6800
  • نوع B: براساس گذرگاه Intel 8080
  • نوع C: براساس گذرگاه SPI

MIPI-DBI در نمایشگرهایی استفاده می­شود که دارای GRAM داخلی هستند. میکروکنترلر پیکسل­های تصویر را در GRAM می­نویسد. در شکل 5 نوع A و B این استاندارد نشان داده شده است.

گذرگاه نوع A و B استاندارد DBI
گذرگاه نوع A و B استاندارد DBI

در شکل زیر نیز نوع C استاندارد DBI نشان داده شده است.

گذرگاه نوع C استاندارد DBI
گذرگاه نوع C استاندارد DBI

MIPI display parallel interface MIPI-DPI

استاندارد DPI مشخصه­های ارتباط با کنترلر TFT (برای مثال نمایشگر گرافیکی  24 بیت RGB همراه با سیگنال­های کنترلی HSYNC، VSYNC، EN و LCD-CLK) را تعیین می­کند. DPI برای ارتباط با ماژول­های نمایشگر بدون GRAM استفاده می­شود که تصویر باید بصورت Real-Time نمایش داده شود. برای این منظور نرخ ارتباط گذرگاه باید بالا باشد.

استاندارد DPI برای ارتباط با ماژول نمایشگر
استاندارد DPI برای ارتباط با ماژول نمایشگر

MIPI display serial interface MIPI-DSI

این استاندارد به منظور کاهش تعداد سیم­های لازم برای ارتباط نمایشگر توسعه داده شد. DSI یک لینک با پهنای باند بالاست که داده را بصورت تفاضلی انتقال می­دهد.

 DSI داده DBI یا DPI را بصورت سریال با پروتکل PPI ارسال می­کند.

استاندارد DPI برای ارتباط با ماژول نمایشگر
استاندارد DPI برای ارتباط با ماژول نمایشگر

گذرگاه های ارتباط با نمایشگر در میکروکنترلرهای STM32

در بخش قبلی به صورت مختصر گذرگاه­های ارتباطی نمایشگرهای مختلف معرفی شدند. در این بخش به بررسی میکروکنترلرهای STM32 که از نمایشگرهای گرافیکی پشتیبانی می­کنند، پرداخته شده است. بطور خلاصه می­توان گفت که از آنجایی که کلیه میکروکنترهای STM32 دارای گذرگاه SPI هستند لذا همه آن­ها از گذرگاه  DBI نوع C پشتیبانی می­کنند. برای گذرگاه DBI نوع A و B فقط از میکروکنترلرهایی که دارای گذرگاه FM(S)C هستند می­توان استفاده کرد. میکروکنترلرهایی که دارای واحد LTDC هستند از DPI و میکروکنترلرهایی که دارای DSI Host هستند از گذرگاه MIPI-DSI پشتیبانی می­کنند.

نمایش واحد LTDC بر روی گذرگاه AHB
نمایش واحد LTDC بر روی گذرگاه AHB

در میکروکنترلرهای STM این امکان را فراهم می کند که بدون دخالت CPU پردازش گرافیکی انجام شود. بصورتی که هنگامی­که LTDC در حال خواندن تصویر را از GRAM است، Chrome-Art Accelerator فریم بعدی را آماده کند.

LTDC دارای دو لایه است. بدین صورت که که می­توان یک تصویر را با تنظیمات دلخواه بر روی LCD نمایش داد. بعنوان مثال ابعاد، نقاط ابتدا و انتهای آن و یا میزان ترکیب شدن (Blend) هر تصویر با تصویر زیرین را تنظیم نمود. بلوک دیاگرام واحد LDTC در شکل زیر نشان داده شده است.

بلوک دیاگرام واحد LTDC
بلوک دیاگرام واحد LTDC

LTDC در هر لبه PCLK یک پیکسل تصویر را از حافظه خواهنده و آن را به فرمت ARGB8888 تبدیل می­کند و با تصویر پس زمینه ترکیب کرده و سپس آن را به نمایش­گر ارسال می­کند.

در جدول زیر نقش هر یک از پایه­های LTDC نشان داده شده است.

نقش پایه های LTDC
نقش پایه های LTDC

پایه­های HSYNC و VSYNC ناحیه فعال تصویر را مشخص می­کنند. در شکل 11 وضعیت این پایه­ها در تصویر نشان داده شده است. همانطور که از این شکل مشخص است، در هر خط افقی تصویر یک بار پایه HSYNC صفر و سپس یک می­شود ولی پایه VSYNC در کل تصویر یکبار یک و سپس صفر می­شود.

نقش پایه HSYNC و VSYNC در تصویر دیجیتال
نقش پایه HSYNC و VSYNC در تصویر دیجیتال
Choose your Reaction!
دیدگاه خود را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

redronic.com