基于Xilinx Spatan3 Starter Board实现液晶驱动程序的设计
作者：张开锋，肖山竹，陆静芳
1 microblaze的体系结构
microblaze采用功能强大的32位流水线结构，包含32个32位通用寄存器和1个可选的32位移位器，时钟频率可达150 mhz;在virrex一4 fpga上运行速率高达120 dmips，仅占用virtex—ii pro fpga中的950个逻辑单元。microblaze软核的结构框图如图1所示。它具有以下基本特征：
①32个32位通用寄存器和2个专用寄存器(程序计数器和状态标志寄存器)。
②32位指令系统，支持3个操作数和2种寻址方式。
③分离的32位指令和数据总线，符合ibm的opb总线规范(与外设相连接的低速总线)。
④通过本地存储器总线(lmb，本地高速总线)直接访问片内块存储器(bram)。
⑤具有高速的指令和数据缓存(cache)，三级流水线结构(取址、译码、执行)。
⑥具有硬件调试模块(mdm)。
⑦带8个输入和8个输出快速链路接口(fsl)。
图中接口信号说明如下：
①dopb，器件内部的外围设备数据接口总线，用于处理器与片内的设备进行数据交换。
②dlmb，实现数据交换的本地块存储器总线。该总线为处理器内核与块存储器(bram)之间提供专用的高速数据交换通道。
③iopb，用于实现外部程序存储器的总线接口。当程序较大时，需要外接大容量的存储器。该总线提供读取指令的通道。
④ilmb，用于取指令的本地存储器总线。该总线与器件内部的块存储器(bram)相连，实现高速的指令读取。
⑤mfslo～7，主设备数据接口，提供点对点的通信通道。
⑥sfslo～7，从设备数据接口，提供点对点的通信通道。
2 microblaze嵌入式开发工具edk
xilinx公司提供了完善的嵌入式开发工具edk(em—bedded development kit)。edk是xilinx公司于2003年推出的sopc(system on programmable chip)系统开发套件。该套件集成了丰富的开发工具和大量的ip核资源，其中集成的工具包括硬件平台生成器(platgen)、硬件仿真模型生成器(simgen)、硬件调试工具(xmd)、软件库生成器(libgen)、应用软件编译工具(gnu compilers)、软件调试工具(gnu debuggers)等;ip核资源包括lmb和opb总线接口、外部存储器控制器(emc)、sdram控制器、uart接口、中断控制器、定时器等。所有这些工具和资源都由edk中的一个叫平台工作室xps(xilinxplatform studio)的集成开发环境统一管理。xps提供一个友好的图形用户界面(gui)，使用非常方便。设计流程如图2所示。
3 液晶显示模块
mpg240128液晶模块为图形点阵式液晶，不仅可以显示数字、字符等内容，还可以显示汉字和任意图形。该模块的控制芯片为t6963c，与外部的连接只有8位数据线和6条控制线及电源。液晶模块引脚说明如表1所列。mctj只要通过这些数据线和控制线，按照相应的时序进行读写，即可实现对模块的显示控制。
4 microblaze与液晶显示模块的接口
由于本文采用的液晶模块已经自带了显示控制芯片t6963c，因此液晶模块的外围电路相对来说就比较简单，只要考虑和microblaze的接口电路即可。本设计采用gpio模拟液晶模块的时序，实现对液晶模块的显示控制。microblaze和液晶模块的接口电路如图3所示。
在edk开发套件的xps集成开发环境下进行系统硬件设计。在其界面环境下，添加所需ip核，进行系统连接和各项参数设置。利用平台产生器，根据硬件描述文件(.mhs文件)，生成嵌入式系统子模块的网表文件(.ngc)，然后调用xilinx的综合工具xst进行综合，从而构成整个应用系统的硬件模型。
本设计中采用了gpio对液晶模块进行控制。edk提供了一系列api函数，通过这些函数可以很方便地对gpio进行操作。下面先介绍2个函数：
其中，instanceptr是指针，指向要控制的gpio的基地址;channel为通道值，选0或1。这两个函数只对mask中对应位为1的位有影响，比如，xgpio_discreteset(&lcd240128，1，ox00000001)将lcl3240128_pin置1，而不影响其他位;同理，xgpio_discteteclear(&1cd240128，1，0x00000001)将lcd240128_pin置0，而不影响其他位。为了增强程序的可读性，增加了8个宏定义：#define wr_high()xgpio_discreteset(&lcd240128，1，ox00000800)，#define wr_low()xgpio_discreteclear(&1cd240128，l，0x00000800)，其他6个同理可推知。有了这2个函数，就可以很方便地编写出写命令和写数据函数了。下面对这2个函数作简要介绍：
液晶显示图形和字符都是由点阵组成的，因此，在液晶上显示一个像素点是显示图形和字符的基础。下面将单像素点显示函数介绍如下：
有了单像素点显示函数，就可以很方便地编写出字符显示函数和图形显示函数了。限于篇幅，这里不作介绍。
结 语
本设计已在xilinx spatan3 starter board上进行了验证，取得了良好的效果。通过本设计的实现可以看出，microblaze是一个功能强大、应用灵活的嵌入式软处理器，特别是其强大的用户自定义逻辑功能，极大地方便了系统设计。可以预见，基于嵌入式软处理器的sopc开发方法，必将拥有广阔的应用前景。
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1 microblaze的体系结构
microblaze采用功能强大的32位流水线结构，包含32个32位通用寄存器和1个可选的32位移位器，时钟频率可达150 mhz;在virrex一4 fpga上运行速率高达120 dmips，仅占用virtex—ii pro fpga中的950个逻辑单元。microblaze软核的结构框图如图1所示。它具有以下基本特征：
①32个32位通用寄存器和2个专用寄存器(程序计数器和状态标志寄存器)。
②32位指令系统，支持3个操作数和2种寻址方式。
③分离的32位指令和数据总线，符合ibm的opb总线规范(与外设相连接的低速总线)。
④通过本地存储器总线(lmb，本地高速总线)直接访问片内块存储器(bram)。
⑤具有高速的指令和数据缓存(cache)，三级流水线结构(取址、译码、执行)。
⑥具有硬件调试模块(mdm)。
⑦带8个输入和8个输出快速链路接口(fsl)。
图中接口信号说明如下：
①dopb，器件内部的外围设备数据接口总线，用于处理器与片内的设备进行数据交换。
②dlmb，实现数据交换的本地块存储器总线。该总线为处理器内核与块存储器(bram)之间提供专用的高速数据交换通道。
③iopb，用于实现外部程序存储器的总线接口。当程序较大时，需要外接大容量的存储器。该总线提供读取指令的通道。
④ilmb，用于取指令的本地存储器总线。该总线与器件内部的块存储器(bram)相连，实现高速的指令读取。
⑤mfslo～7，主设备数据接口，提供点对点的通信通道。
⑥sfslo～7，从设备数据接口，提供点对点的通信通道。
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3 液晶显示模块
mpg240128液晶模块为图形点阵式液晶，不仅可以显示数字、字符等内容，还可以显示汉字和任意图形。该模块的控制芯片为t6963c，与外部的连接只有8位数据线和6条控制线及电源。液晶模块引脚说明如表1所列。mctj只要通过这些数据线和控制线，按照相应的时序进行读写，即可实现对模块的显示控制。
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由于本文采用的液晶模块已经自带了显示控制芯片t6963c，因此液晶模块的外围电路相对来说就比较简单，只要考虑和microblaze的接口电路即可。本设计采用gpio模拟液晶模块的时序，实现对液晶模块的显示控制。microblaze和液晶模块的接口电路如图3所示。
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其中，instanceptr是指针，指向要控制的gpio的基地址;channel为通道值，选0或1。这两个函数只对mask中对应位为1的位有影响，比如，xgpio_discreteset(&lcd240128，1，ox00000001)将lcl3240128_pin置1，而不影响其他位;同理，xgpio_discteteclear(&1cd240128，1，0x00000001)将lcd240128_pin置0，而不影响其他位。为了增强程序的可读性，增加了8个宏定义：#define wr_high()xgpio_discreteset(&lcd240128，1，ox00000800)，#define wr_low()xgpio_discreteclear(&1cd240128，l，0x00000800)，其他6个同理可推知。有了这2个函数，就可以很方便地编写出写命令和写数据函数了。下面对这2个函数作简要介绍：
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结 语
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