摘要： 本文介紹了以TMS34020圖形處理器為核心的顯示處理模塊的設(shè)計方法，給出了該圖形處理模塊的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

關(guān)鍵詞： 顯示處理；TMS34020；軟件設(shè)計

引言

　　信息處理技術(shù)的發(fā)展對顯示處理設(shè)備提出越來越高的要求，目前的顯示器和圖形適配器(又稱圖形卡或顯卡)大多可支持1280×1024的高分辨率顯示模式。但是，這些高分辨率的顯示處理系統(tǒng)主要是面向傳統(tǒng)的桌面顯示，不能滿足專業(yè)或某些技術(shù)領(lǐng)域的要求。我們研制出的基于TMS34020的圖形顯示處理模塊，支持通用的1280×1024高分辨率顯示模式，并提供了專用軟件開發(fā)環(huán)境，可滿足不同專業(yè)顯示領(lǐng)域的應(yīng)用。

顯示處理模塊體系結(jié)構(gòu)

　　圖形顯示處理模塊的體系結(jié)構(gòu)見圖1。該顯示處理模塊主要由圖形系統(tǒng)處理器(GSP)、可編程存儲器(EPROM)、動態(tài)存儲器(DRAM)、幀緩存器(由VRAM 組成) 及帶彩色查找表的視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換部件(RAMDAC)等部分組成。

　　GSP采用TMS34020芯片，它是圖形顯示處理模塊的核心器件，負責(zé)系統(tǒng)管理，程序存儲器中讀取指令和數(shù)據(jù)，在顯示存儲器中畫圖，控制動態(tài)存儲器的刷新和顯示圖形的屏幕刷新,本板的串口通訊、局部總線的管理以及與PC主機的交互。GSP提供了主機接口I/O寄存器，對主機的訪問進行地址譯碼，并緩存數(shù)據(jù)。主機通過該接口裝載GSP的程序或讀寫GSP局部存儲器的數(shù)據(jù)。1MB的EPROM存儲器用于存儲中斷向量、初始化程序、基本的圖形函數(shù)、字符和圖符。4MB的DRAM組成的系統(tǒng)存儲器用于存放程序和數(shù)據(jù)，同時也有一部分用作系統(tǒng)堆棧和圖形暫存區(qū)。以滿足大幅漫游、多幅動畫等特殊功能的要求。2MB的VRAM用于存放圖形數(shù)據(jù)。RAMDAC將順序送來的數(shù)據(jù)進行D/A轉(zhuǎn)換后輸出視頻模擬信號。因VRAM 串行口數(shù)據(jù)流輸出速度遠低于RAMDAC的數(shù)據(jù)流輸入速度，故要在VRAM 與RAMDAC間設(shè)有并/串轉(zhuǎn)換電路，將慢速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成高速的數(shù)據(jù)流，再輸入到RAMDAC。

接口電路

　　TMS34020圖形顯示處理模塊的接口電路包括主機接口和局部總線接口，由ALTERA可擦除的可編程邏輯器件(EPLD)實現(xiàn)。其中，局部總線接口完成TMS34020處理器與存儲器和RAMDAC的數(shù)據(jù)交換以及地址和時序控制。主機接口見圖2，主機通過該接口實現(xiàn)與圖形卡之間的通信控制和數(shù)據(jù)傳輸。對主機的訪問進行地址譯碼，并緩存數(shù)據(jù)，把TMS34020處理器的寄存器當(dāng)作主機的存儲器單元由主機直接訪問。

存儲空間的分配

　　圖形顯示處理模塊配置1MB的EPROM，4MB的DRAM和2MB的VRAM均處于局部存儲空間，可映射到主機存儲空間。其地址分配見圖3, 灰色為保留空間。

　　VRAM作為顯示存儲器既提供作圖區(qū)，又為屏幕刷新提供服務(wù)。VRAM是在普通DRAM上增加了SRAM移位寄存器和一個串口。圖形處理器作圖處理(如畫圖、存圖、取圖)時通過DRAM的隨機口作存取操作，與此同時，像素數(shù)據(jù)不斷通過SRAM移位寄存器和串口輸出作顯示刷新用。因而，采用VRAM作幀存，除了從DRAM到SRAM的傳送周期外的所有時間(超過99％)都可用作圖形處理。

視頻輸出

　　視頻輸出電路由并/串轉(zhuǎn)換電路和RAMDAC 組成。其中，并/串轉(zhuǎn)換電路核心芯片為BT438,將低速的VRAM像素數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為高速的數(shù)據(jù)流。由于絕大部分高分辨率顯示器只接受模擬視頻信號輸入，所以這兩者之間需要一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。圖形顯示處理模塊上用的BT459就是配色表和DAC的組合元件(RAMDAC)。它是在DAC前加配色表使得圖形顯示彩色的范圍更廣，且改變顯示顏色更靈活。同時，BT459還支持位面屏蔽和閃爍、硬件光標等功能。使輸出的視頻能滿足更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。

軟件設(shè)計

　　圖形顯示處理模塊支持用戶在兩個層次編寫應(yīng)用程序。一是在底層編寫程序，直接應(yīng)用TMS34020工具(包括TMS34020匯編、TMS34020 C編譯軟件、TMS34020圖形函數(shù)庫和數(shù)學(xué)函數(shù)庫)編寫裝載到GSP局部存儲器的應(yīng)用程序；二是在上層編寫程序，編程者只需編寫主機運行的應(yīng)用程序，而不必用TMS34020程序設(shè)計語言編寫程序。

　　圖形顯示處理模塊開發(fā)了通用的TMS34020底層函數(shù)庫，其中包括漢字串(字符串)顯示、畫點、直線、橢圓、多邊形、橢圓填充、多邊形填充、位圖擴展、圖形塊復(fù)制、圖形塊放大或縮小等功能函數(shù)。用戶可直接應(yīng)用這些函數(shù)，在上層編寫程序，縮短軟件開發(fā)周期。對有特殊應(yīng)用的領(lǐng)域，可直接編寫TMS34020的圖形函數(shù)和數(shù)學(xué)函數(shù)，以滿足專業(yè)領(lǐng)域的需求。

結(jié)語

　　圖形顯示模塊是一種功能較強和非常實用的高分辨率圖形處理模塊。整個模塊的硬件設(shè)計在一塊電路板上，形成一個圖形卡。它具有圖形產(chǎn)生、處理與緩存，屏幕刷新時序的控制及象素信息的D／A轉(zhuǎn)換等功能。它支持分辨率高達1280×1024象素的圖形圖像顯示。其系統(tǒng)軟件提供了豐富的圖形功能函數(shù)，可實時輸入和顯示漢字，進行多種二維圖形和三維圖形處理。并且支持用戶在GSP和PC微機兩種環(huán)境中編寫應(yīng)用程序以適應(yīng)不同層次的應(yīng)用需求，能很好的滿足技術(shù)領(lǐng)域在高分辨率顯示下的程序設(shè)計要求。

參考文獻：

1. TMS34020 USE’S GUIDE ,TI Inc.1992
2. Kenneth R.Castleman,Digital Image Processing,電子工業(yè)出版社，2002.2