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1 图形显示系统简介
图1是飞机座舱图形显示系统结构框图。图中处理器采用AD公司的ADSP21061芯片，AMLCD采用Korry公司的KDM710全彩色液晶显示模块，该模块为5×5英寸、600×600分辨率彩色液晶显示模块，24位数字RGB输入。两个帧存A和B采用IDT公司的71V424高速异步静态RAM，系统采用两个帧存轮流操作的方法：当DSP向其中一个帧存写象素时，由FPGA构成的帧存控制器将另一个帧存中的象素顺序读出送给AMLCD，反之亦然。图形显示系统通过IDT公司的71V04双口RAM接收主机的显示信息。图1中的帧存控制器和视频控制器由Xilinx公司的SpartanII芯片XS2S50实现。
2 KMD710显示模块
如图1所示，美国Korry公司提供的KDM710全彩色液晶显示模块接口信号主要如下几组：3个8位RGB数字信号、行同步信号HSYNC、场同步信号VSYNC、数据使能信号DATA_EN和点时钟输入DCLK。根据AMLCD数据手册所需求的时序，确定扫描时序和相应的时序参数如图2所示。一般，图形终端显示器扫描制式与广播电视的标准有点不同，须根据显示模块所提供的时间要求来确定扫描时序，其中的行场同步的前后肩，可以根据需要进行微调，一般为了防止每行的第一个象素丢失，要求行同步后肩C与行同步脉冲宽B尽量相等。图2中的点时钟为20MHz，行周期为650个时钟周期，场周期为615个行周期（场频为50Hz）。
3 LCDVGA控制器设计
设计行场扫描时序，一般有两种方式：查找表方式和编程逻辑方式。查找表方式主要由存储芯片构成，如SRAM、EPROM、PORM等。使用时，先根据所要产生的时序在存储单元写入相应的数值，查表时再从表内读出时应存储单元的数值，以形成扫描时序。扫描时序查找表分为行扫描时序查找表和场扫描时序查找表。场扫描时序查找表的输入时钟由行同步脉冲提供。用查找表形成时序的方法存在体积大、计算烦琐的缺点。随着大规模逻辑芯片的出现，利用编程逻辑方法产生行场扫描时序是一个发展方向。这种方法具有电路简单、功能强、修改方便、可靠性高等优点。图3为LCD控制器的框图。
在本设计中，点时钟DCLK由处理器DSP的系统时钟40MHz经数字锁相环二分频得到。点时钟驱动行时序生成器，产生图2所示的行同步信号HS和行消隐信号HB。为避免毛刺，控制器设计采用同步设计方法，如图3所示，行同步信号HS通过一个微分电路，产生一个点时钟周期宽的场时序生成器使能信号。在使能信号有效时，场时序生成器开始计数，并产生场同步信号VS和场消隐信号VB。行消隐信号HB和场消隐信号VB相与后即为数据使能信号DATA_EN。该数据使能信号作为产生帧存地址计数器的计数使能，以保证DATA_EN信号为高时，将象素送给AMLCD显示。在DCLK的上升沿，帧存地址计数器加一，帧存SRAM经过一段延时后，象素数据出现在总线上。在DCLK的下降沿AMLCD将数据读入。该LCD控制器的设计方法很容易用于VGA视频接口。在VGA接口电路的设计中，不需点时钟电路，只须将行同步信号与场同步信号输出，将数据使能信号作为复合消隐信号输入即可。产生行场扫描时序的VHDL描述如下：
entity seq_gen is
port(clk_seq : in std_logic；
rst_seq : in std_logic;
lcd_hs_out : out std_logic;
lcd_dataen : out std_logic;
lcd_vs_out : out std_logic;
pix_clk : out std_logic );
end seq_gen;
architecture rtl_seq_gen of seq_gen is
signal lcd_hb : std_logic;
signal lcd_hs : std_logic;
signal lcd_vb : std_logic;
signal lcd_vs : std_logic;
signal clken_vcount : std_logic;
begin
hcount: block
signal hcountreg :std_logic_vector(9 downto 0);
signal hz_temp : std_logic;
signal lcd_hz : std_logic;
begin
process (clk_seq,lcd_hz)
begin
if (lcd_hz = '1') then
hcountreg = (others =>'0');
elsif clk_seq'event and clk_seq = '1' then
hcountreg = hcountreg +1;
end if;
end process;
lcd_hb = '0' when hcountreg >=600 and hcountreg 650
else '1';
lcd_hs ='0' when hcountreg >=610 and hcountreg 630
else '1';
hz_temp = '1' when hcountreg = 650 else '0';
lcd_hz =hz_temp or rst_seq;
end block hcount;
diff : block
signal inputrega : std_logic;
signal inputregb : std_logic;
begin
process(clk_seq)
begin
if clk_seq'event and clk_seq='1' then
inputregb = inputrega;
inputrega = not lcd_hs;
end if;
end process;
clken_vcount = not inputregb and inputrega;
end block diff;
vcount : block
signal vcountreg : std_logic_vector(9 downto 0);
signal vz_temp : std_logic;
signal lcd_vz : std_logic;
begin
process (clk_seq,lcd_vz)
begin
if(lcd_vz='1')then
vcountreg = (others => '0');
elsif clk_seq'event and clk_seq = '1' then
if clken_vcount = '1' then
vcountreg = vcountreg +1;
end if;
end if;
end process;
lcd_vb = '0' when vcountreg >=600 and vcountreg 615
else '1';
lcd_vs ='0' when vcountreg >=607 and vcounreg 610
else '1';
vz_temp = '1' when vcountreg = 615 else '0';
lcd_vz = vz_temp or rst_seq;
end block vcount;
pix_clk =clk_seq;
lcd_dataen =lcd_hb and lcd_vb;
lcd_hs_out =lcd_hs;
lcd_vs_out =lcd_vs;
end rtl_seq_gen;
这种用VHDL产生扫描时序的方法简单、易读，并且易于修改。在代码中只须修改一些时序参数就能产生任意时序的波形，具有很好的可重用性。用FPGA Express 3.5半VHDL代码综合后，通过Foundation 3.1i进行布局和布线，用Foundation提供的门级仿真工具产生的行扫描时序仿真图如图4所示。
采用FPGA技术设计的AMLCD控制器，大大减少了电路板的尺寸，同时增加了系统可靠性和设计灵活性。这种用VHDL语言实现现行场扫描时序生成器的方法，具有简便。易读和可重用性强的特点。该AMLCD控制器已用Xilinx公司的SpartanII系列器件XC2S50实现，并在飞机座舱图形显示系统中实现应用。
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