液晶显示器(LCD)在目前消费类和汽车电子领域已经得到了广泛应用。LCD技术推出了大量产品，满足了不同体积、功耗以及各种图像质量的市场需求。夏普电子公司最近开发的产品——双视角LCD显示器，进一步推动了该技术的创新发展。

标准LCD的流行产生了大量功能固定不变的半导体解决方案来为其提供驱动，这些方案包括ASSP以及全定制IC等。然而，这些方案限制了产品开发人员做出多种选择，他们需要灵活的解决方案来支持专业应用，或者可更新解决方案实现一条专业产品线上的多种类似应用。

进入双视角LCD的世界，对于这类新的LCD，还没有标准IC驱动方案，因此，需要采用定制方案来提供支持。本文讨论一种基于FPGA和软核嵌入式处理器的创新体系结构，能够同时支持标准视角和双视角。

传统LCD解决方案的难点主要包括多路同时显示、不同显示类型、非标准或者非常高的分辨率、产品生命周期之内需求的不断变化、延长产品使用寿命以及存储器标准支持等。

FPGA解决方案

在LCD显示驱动上，可以采用FPGA和软核处理器组合方案来替代功能固定的器件，以克服其局限性。FPGA内在的设计灵活性支持各种LCD显示器。FPGA的可重新配置能力使系统设计人员在产品推出之后也能改动LCD驱动功能，轻松实现产品现场更新和改进。利用软核处理器开发环境，设计人员能够迅速高效的将各种单元整合起来，在FPGA中实现多种LCD显示配置驱动。

如果有一种LCD驱动体系结构能够解决标准和双视角LCD产品的设计难题，那么产品开发人员和生产商就能够根据自己的需求从多种器件中进行选择，而不必担心半导体器件过时的问题。Altera Cyclone FPGA等体系结构采用了五种模块：两路BT-656视频输入，一路LCD控制、一路SDRAM控制以及一路I 2 C控制。处理器进行总控制以及系统仲裁。当这些模块在FPGA中实现，通过总线连接起来之后，能够提供800×480分辨率双视角LCD显示驱动所需的吞吐量以及视频带宽(图1)。

图1 基于FPGA的LCD驱动系统结构图（略）

为了进一步说明基于FPGA的LCD驱动体系结构组成，我们需要首先了解，与标准LCD显示器相比，双视角LCD显示器是怎样工作的。这一有趣的技术可以在LCD的同一物理玻璃表面同时显示两种完全不同的图像。图像不是并排显示或者以画中画的形式显示，而是同时显示，以两种光学视角来区分：一个从右侧看，一个从左侧看(图2所示)。例如，在汽车应用中，驾驶员从左侧看到的是仪表显示或者导航信息，而乘客从右侧看到的是电影；两种图像都是全屏显示。

图2 双视角LCD产生了两种视角范围（略）

在电子原理上，双视角LCD显示器与标准LCD显示器相同。在标准LCD显示器中，数据以行列像素矩阵的形式，从左向右、自上而下的来回扫描显示器。而且，定时和同步信号与标准LCD的相同。采用物理手段来实现双视角图像效果。液晶材料的表面是光学方向层(图3中的浅蓝色条)，将子像素发出的光传送到完全独立的两个视场中。

图3 子象素信息的光学方（略）

由于光学方向层是静止的，依赖于下面的子像素数据组织结构来建立并调整合适的图像。因此，在将数据写入显示器之前，必须重新组织并混合子像素数据(图4所示)。在双视角LCD显示器中(图5所示)，一幅图像的子像素与另一幅图像的子像素交替排列，图中以序号标出。由于两幅图像“交织”在一起，它们在水平方向共享实际的显示分辨率。例如，总的显示分辨率如果是800×480，那么看到的每幅图像的分辨率是400×480。对于观众而言，由于图像在显示器整个水平方向进行了拉伸，因此可以忽略这种分辨率差异。

图4 标准LCD的子象素组织结构（略）

BT-656视频输入模块

BT-656视频输入模块符合ITRU-BT656数字视频标准。该模块完成色彩空间转换(CSC)、剪辑、去隔行、缩放以及RGB 565压缩等功能。Nios II处理器控制的寄存器顺序执行每一功能并进行参数赋值。

LCD控制器模块

LCD控制器模块是多层LCD控制器，含有三个16位彩色图像层以及两个可选的8位调色层。每一层单独构成，由独立的DMA主机进行控制，从而有效地分割了外部DRAM帧缓冲。
当每一层的主机从存储器中读取数据时，LCD控制器模块将各层结合(或者平滑)为一个组合帧。然后将这种组合帧发送至LCD。当LCD控制器模块将各层结合到一起后，可以在每层上应用Alpha值或者透明因子。

图5 双视角LCD的子象素组织结构（略）

控制双视角LCD显示器的一种方法是有限层控制。每一路视频信号源被传送至维数相同的独立帧缓冲中。为了生成双视角图像，两个视频层的DMA控制器交替获取来自帧缓冲的像素。各层互相偏移一个像素，然后结合为一层，成为输出图像帧。这种处理方式保留了全部的显示定时参数，使FPGA能够将像素信息交织在一起。

资源利用和实现

基于FPGA的LCD驱动体系结构可以轻松地进行大小缩放，支持各种尺寸的LCD显示器，包括标准和双视角显示器。定制屏显、快闪窗口、图形加速、3D透视等其他功能，以及支持任意数量的LCD显示器等都可以在FPGA设计中通过在增加功能并选择容量合适的FPGA来实现。产品开发人员在使用基于FPGA 的体系结构时，不但可以灵活地进行设计，而且不用牺牲性能便可以提高性价比。

结论

使用Altera FPGA和软核嵌入式处理器技术，开发了第一种能够同时支持双视角LCD和标准LCD显示的LCD显示驱动体系结构。这一灵活的体系结构克服了传统LCD驱动方案的许多不足之处。