黃巍華， 張同卿， 王捍偉， 張浩峰

(中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所，河南 洛陽 471009)

0 引言

聲納浮標(biāo)是現(xiàn)代反潛機(jī)普遍使用的一種搜潛器材，主要在下列情況下使用:1)在已知有潛艇活動(dòng)的海域，并要在短時(shí)間內(nèi)對(duì)較大范圍進(jìn)行搜索時(shí);2)希望在一定時(shí)間內(nèi)封鎖敵潛艇可能通過的航道時(shí);3)為重要目標(biāo)擔(dān)負(fù)反潛巡邏警戒時(shí)。反潛巡邏機(jī)上裝有較為先進(jìn)的浮標(biāo)定向儀和浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)。聲納浮標(biāo)是一次性使用的探測(cè)器材，分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類，被動(dòng)式又分為定向和全向兩種，此外還有海洋背景噪聲浮標(biāo)等輔助性浮標(biāo)。

在聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)中，需要對(duì)聲納浮標(biāo)發(fā)射的無線電信號(hào)進(jìn)行接收、采樣、解調(diào)、實(shí)時(shí)處理。對(duì)處理器性能要求較高，DSP以其出色的數(shù)字信號(hào)處理能力成為首選。而EL顯示器即電致發(fā)光顯示器(Electro-Luminescent Display)具有高可靠性、寬溫度范圍、精巧輕便、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固等特點(diǎn)，用它將DSP處理的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、直觀地顯示出來，使聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性得到大大加強(qiáng)。

在文獻(xiàn)［1］中采用 S1D13706芯片實(shí)現(xiàn)了TMS320C6211 DSP處理圖像在車載HR-TFT LCD上的顯示。相對(duì)于HR-TFT LCD顯示器，EL顯示器能夠耐受極端的環(huán)境條件。工作溫度達(dá)到－40～+85℃，能夠抵抗苛刻應(yīng)用環(huán)境下的劇烈震動(dòng)，典型規(guī)格是它能耐受超100 Gs的振動(dòng)。顯示屏和控制電路具有密封的固態(tài)特征，這使得它具有更高的可靠性，平均無故障時(shí)間(MTBF)超過50000 h。本文針對(duì)聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)的要求，采用S1D13706芯片和EL顯示器設(shè)計(jì)了一種基于TMS320C6713 DSP控制的顯示模塊，實(shí)現(xiàn)了DSP處理的數(shù)據(jù)在EL顯示器上的顯示。

1 聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)簡介

聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作流程如下:首先通過AD芯片對(duì)聲納信號(hào)進(jìn)行高速采樣，用EDMA方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸［2－3］，之后觸發(fā)DSP中斷，DSP在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行FFT等一系列運(yùn)算后［4］，將數(shù)據(jù)通過顯示芯片S1D13706驅(qū)動(dòng)EL顯示器顯示。該系統(tǒng)還可以通過串口與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.1 Block diagram of the system

軟件工作流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件工作流程圖Fig.2 Flow chart of the system software

本設(shè)計(jì)是聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)中的顯示模塊部分。

2 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)

顯示模塊的硬件組成主要包括顯示驅(qū)動(dòng)芯片S1D13706和EL顯示器，顯示驅(qū)動(dòng)芯片S1D13706的作用是將DSP寫入顯存的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示在EL顯示器上，顯示模塊的接口結(jié)構(gòu)如圖3所示。

聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)采用了TI公司C6000系列DSP中的 TMS320C6713［5－6］作為核心處理器。TMS320C6713 是一款浮點(diǎn)型高性能DSP，主頻為300 MHz，處理能力達(dá)到2400MIPS/1800MFLOPS。TMS320C6713在圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。顯示模塊與TMS320C6713相配合實(shí)現(xiàn)了DSP數(shù)據(jù)在EL顯示器上的顯示。

圖3 顯示模塊的接口結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Interface structure of the display module

2.1 S1D13706 液晶屏控制芯片［7］

S1D13706芯片是一種適用于彩色/單色LCD的液晶屏控制芯片，是EPSON公司針對(duì)中小尺寸液晶圖形顯示應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，工作溫度在－40～+85℃。其主要特點(diǎn):1)內(nèi)置80 kB顯示存儲(chǔ)器，支持64 k顏色顯示;2)可以直接連接多種規(guī)格產(chǎn)品的LCD控制器;3)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)18位數(shù)據(jù)寬度的接口;4)其特有的硬件旋轉(zhuǎn)、畫中畫、虛擬顯示等特效顯示功能，為LCD提供了多樣而靈活的顯示方式，解決了軟件處理的速度慢和工作量大等弊端;5)高集成度提供了低功耗、低價(jià)格、小尺寸、單芯片等眾多優(yōu)點(diǎn)，滿足對(duì)尺寸和功耗敏感的嵌入式系統(tǒng)的需求，是圖形顯示模塊設(shè)計(jì)的一種優(yōu)秀方案。

S1D13706芯片與DSP接口部分主要包含數(shù)據(jù)總線 DB［15:0］、地址總線 AB［16:0］、片選信號(hào) CS#、顯存/寄存器選擇信號(hào) M/R#、讀信號(hào) RD#和寫信號(hào)WE0#。TEA20信號(hào)可作為M/R#的選擇信號(hào)，DSP的時(shí)鐘輸出可作為S1D13706芯片的總線時(shí)鐘信號(hào)(CLKI)。S1D13706芯片的 WAIT#信號(hào)與 DSP的READY信號(hào)連接。S1D13706芯片與EL顯示器接口中的FPDAT［7:4］為4位數(shù)據(jù)總線，用于傳輸圖像數(shù)據(jù)。FPFRAME為幀同步信號(hào)，作為每幀圖像的顯示脈沖。FPLINE為行同步信號(hào)，作為圖像每行數(shù)據(jù)的顯示脈沖。FPSHIFT為控制輸入像素?cái)?shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)，作為每個(gè)像素的顯示脈沖。

2.2 EL 顯示器(EL320.240.36-HB)［8］

EL顯示器發(fā)光機(jī)理是在電場的作用下電子在發(fā)光層內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)，激活發(fā)光材料原子使其發(fā)生能級(jí)躍遷而發(fā)光。是替代無源被動(dòng)液晶顯示器產(chǎn)品的嶄新技術(shù)，同時(shí)具有更高的亮度、對(duì)比度，以及與LCD兼容的接口。EL顯示器能夠在－40～+85℃溫度范圍下工作。即使工作在最高或最低溫度段，仍能保持顯示器的快速響應(yīng)，對(duì)比度和可視角度不會(huì)降低，無需調(diào)整。EL顯示器可用于嚴(yán)酷、苛刻的軍工環(huán)境。EL顯示器的響應(yīng)時(shí)間(顯示數(shù)據(jù)所需的時(shí)間)不到1 ms。平達(dá)Planar電致發(fā)光顯示器采用特殊設(shè)計(jì)，最大程度降低了EMI敏感性和EMI的產(chǎn)生。平達(dá)進(jìn)行了各種長期測(cè)試，顯示器的MTBF達(dá)50000 h。

根據(jù)需求，本方案選用平達(dá)公司5.7in(注:1in=2.54 cm)EL 顯示器 EL320.240.36 HB。點(diǎn)陣形式為320×240，單色顯示，高亮度，亮度可調(diào)節(jié)，可以顯示圖形和文字。工作溫度－40～+85℃，4位LCD視頻接口。其接口包括以下數(shù)字輸入信號(hào):VS(表示一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始)，HS(表示一行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始)，VCLK(控制輸入像素?cái)?shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào))和VID(像素?cái)?shù)據(jù))。信號(hào)VID［3:0］為4輸入。像素?cái)?shù)據(jù)都在每個(gè)時(shí)鐘脈沖邊緣輸入。每個(gè)時(shí)鐘脈沖傳輸4 b并行數(shù)據(jù)。

3 顯示模塊軟件設(shè)計(jì)

顯示模塊軟件設(shè)計(jì)主要是S1D13706芯片的初始化程序設(shè)計(jì)。在EL顯示器開始顯示之前，必須首先對(duì)S1D13706芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化，設(shè)定顯示模塊的參數(shù)，如單色、圖像尺寸、分辨率、顯示速度等。S1D13706芯片將DSP EMIF口時(shí)序轉(zhuǎn)換為通用STN接口時(shí)序才能保證EL顯示器正常工作。通過CPLD程序［9－10］設(shè)定DSP對(duì)S1D13706 芯片的片選信號(hào)CS#、顯存/寄存器選擇信號(hào)M/R#的映射關(guān)系后，可以根據(jù)DSP地址總線查找對(duì)應(yīng)的寄存器并進(jìn)行初始化。S1D13706芯片的讀信號(hào) RD#和寫信號(hào) WE0#通過CPLD［11］直接與DSP讀寫信號(hào)連接。下面給出本系統(tǒng)中S1D13706芯片的初始化流程圖如圖4所示。

圖4 S1D13706芯片的初始化流程圖Fig.4 Flow chart of the initialization of S1D13706

本系統(tǒng)中，EL320.240.36 HB顯示器的分辨率為320×240，數(shù)據(jù)寬度為4 b，單色顯示。根據(jù)對(duì)應(yīng)寄存器的功能，需要將平板類型寄存器Regbase［0x10］設(shè)定為0x00，設(shè)置為4位寬度單色STN接口。將顯示模式寄存器Regbase［0x70］設(shè)定為0x80(bit7=1)時(shí)顯示無效，設(shè)定為0x00(bit7=0)時(shí)顯示有效。

本系統(tǒng)將S1D13706芯片的顯存和寄存器映射到6713的EMIF CE2空間，EMIF CE2空間定義為16位寬度的異步接口。顯存和寄存器映射命令語句為

關(guān)閉顯示時(shí)，需設(shè)置顯示模式寄存器，顯示模式寄存器偏移地址為70 h，相關(guān)命令語句為:Regbase［0x70］=0x80;其他寄存器初始化與上述方法相同。

DSP數(shù)據(jù)寫入S1D13706芯片顯存后，需要根據(jù)查找表的設(shè)置轉(zhuǎn)化后進(jìn)行輸出顯示。由于本系統(tǒng)采用每一像素對(duì)應(yīng)顯存數(shù)據(jù)字節(jié)中的一位數(shù)據(jù)單色顯示模式。只需對(duì)查找表綠色單元寫數(shù)據(jù)寄存器Regbase［0x09］和查找表寫地址寄存器Regbase［0x0b］進(jìn)行設(shè)置。Regbase［0x09］存放將被寫入查找表綠色單元的數(shù)據(jù)，Regbase［0x0b］形成一個(gè)查找表地址用來將存放在Regbase［0x09］的數(shù)據(jù)寫入查找表綠色單元，查找表數(shù)據(jù)只有在Regbase［0x0b］寫操作完成后更新。本系統(tǒng)中查找表綠色單元0地址存放數(shù)據(jù)0x00，1地址存放數(shù)據(jù)0xff。查找表初始化相關(guān)命令語句為

開始顯示時(shí)，需要設(shè)置寄存器Regbase［70 h］第7位為0。

對(duì)于本系統(tǒng)的1 bpp(每像素1位單色)模式如圖5所示。從顯存中輸出的每1位數(shù)據(jù)的狀態(tài)作為單色查找表的索引如圖6所示，得到查找表(LUT)中的6位灰度數(shù)據(jù)。由S1D13706芯片的數(shù)據(jù)線FPDAT［7:4］將6位灰度數(shù)據(jù)的高4位輸出至EL320.240.36 HB顯示器的數(shù)據(jù)線VID［3:0］進(jìn)行顯示。

圖5 每像素對(duì)應(yīng)1位數(shù)據(jù)顯存組織結(jié)構(gòu)圖Fig.5 One bit per-pixel display data memory organization

圖6 每像素對(duì)應(yīng)1位數(shù)據(jù)單色模式下數(shù)據(jù)輸出通道Fig.6 One bit per-pixel monochrome mode data output path

4 結(jié)論

顯示模塊的核心器件S1D13706使用了一種可靠的低延遲CPU架構(gòu)，支持無需READY/WAIT#握手信號(hào)的微處理器。32位內(nèi)部數(shù)據(jù)通道提供了寫入顯存的高性能帶寬，允許屏幕快速刷新。通過內(nèi)部寄存器設(shè)置，支持多種顯示器接口。EL顯示器具有出色的視覺性能、快速的顯示反應(yīng)時(shí)間、堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)、長工作壽命、寬溫度范圍等特點(diǎn)，可應(yīng)用于眾多場合，尤其適用于嚴(yán)苛的環(huán)境。在本文中提供了一種以S1D13706芯片為核心的顯示模塊軟、硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了DSP處理數(shù)據(jù)在EL320.240.36 HB顯示器上的顯示，為復(fù)雜環(huán)境下顯示模塊的設(shè)計(jì)提供了一種可以借鑒的方法。

本設(shè)計(jì)應(yīng)用于聲納浮標(biāo)信號(hào)處理系統(tǒng)中的顯示模塊。顯示器點(diǎn)陣形式為320×240，可以顯示圖形和文字，性能滿足系統(tǒng)要求。該顯示模塊硬件具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)性好、性能可靠的特點(diǎn)，軟件具有控制靈活，程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)方案經(jīng)適當(dāng)改進(jìn)，可用于有類似需求的其他系統(tǒng)。

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