EC3-1542CLDN是一款146 mm×102 mm尺寸的嵌入式單板電腦，其CPU采用美國國家半導體公司最新超低功耗BGA封裝CPU芯片，在0～60℃工作范圍內無(wú)需風(fēng)扇，徹底解決了由于風(fēng)扇可靠性低引起的系統故障。EC3-1542CLDN主要應用于工控機領(lǐng)域。工控機(IPC，也稱(chēng)產(chǎn)業(yè)電腦、工業(yè)計算機、產(chǎn)業(yè)計算機)是一種具有特殊性能的高可靠性計算機，能夠充分滿(mǎn)足現代商業(yè)和企業(yè)對計算機運行持續可用性的嚴格要求。作為一種具備特殊性能的計算機，工控機(IPC)能夠在苛刻的外界環(huán)境下連續長(cháng)時(shí)間穩定地運行，他應傳統工業(yè)中過(guò)程控制與制造自動(dòng)化對計算機高適應性和高可靠性的特殊需求而產(chǎn)生。最初，IPC主要應用于專(zhuān)業(yè)的工業(yè)控制現場(chǎng)領(lǐng)域。由于IPC具有抗惡劣環(huán)境、結構擴充性能好、電壓適用范圍寬、各種I／O設備配套齊全以及他對普通PC軟件的完全兼容性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得他的應用廣泛性要遠遠高于普通PC。

　　根據此板的CPU結構和應用特點(diǎn)，選用CS5530AI／O接口芯片和CS9211顯示芯片做了相應的LCD顯示系統設計，可以廣泛應用在基于單板計算機控制的嵌入式系統中。

1 CPU介紹

　　系統所用的CPU是美國國家半導體GXl微處理器，是低功耗的全x86結構。主要用于信息家電、機頂盒、個(gè)人網(wǎng)絡(luò )設備等領(lǐng)域。根據NS Geode GXl處理器內核工作電壓，可以分為3大類(lèi)：2.0 V，1.8 V和1.6 V。他最典型的特點(diǎn)就是低功耗，這一特點(diǎn)利于小型、無(wú)風(fēng)扇的設計。I／O接口電源為3.3 V。采用靜電防護設計。最高運行速率可以達300 Hz。統一的內存結構特點(diǎn)：幀緩沖器和視頻存儲駐留在主內存區。他可以與多種NS提供的GeodeI／O設備相兼容。支持大多數操作系統：Microsoft’s Windows 2000，Windows 95，Windows 98，和Windows NT；Windows CE；VxWorks；QNX；Linux等。

2 CS5530A輸入／輸出系統芯片組

2.1 處理器支持

　　在CS5530A輸入輸出芯片組里包含的傳統的南橋功能，已經(jīng)被設計來(lái)支持NS GXl處理器。他在標準的ISA總線(xiàn)和系統ROM之間提供一種橋梁的作用。

2.2 顯示子系統擴展

　　他包括幾個(gè)模塊

　　視頻加速器：來(lái)自處理器的YUV視頻數據格式和緩沖；8位與處理器的接口；YUV到RGB的顏色轉換；伽瑪RAM用于亮度和對比度的調整。

2.3 時(shí)鐘產(chǎn)生

　　在以CS5530A／GX系列為基礎的系統中，CS5530A只產(chǎn)生2個(gè)時(shí)鐘：CPU的DOT時(shí)鐘(DCLK)和ISA時(shí)鐘。所有的其他的時(shí)鐘都由外部時(shí)鐘芯片產(chǎn)生。ISACLK通過(guò)分離PCICLK產(chǎn)生，他在正常情況下，運行8.33 MHz或更少。DCLK由14.318 18 MHz(CLK_14 MHz)的輸入時(shí)鐘產(chǎn)生。

　　用32位的x86處理，以GXl處理器和CS5530輸入輸出芯片為基礎的設計，具有很高的性能。這兩個(gè)芯片集成的視頻、音頻和內存接口功能，外部硬件可以正常地實(shí)現這些功能。CS5530芯片支持GXl處理器的所有的MMX(多媒體增強指令集)功能。這些功能包括：VGA和VESA視頻，16位立體聲，IDE接口，ISA接口，SMM(系統管理模式)電源管理，以及IBM的AT兼容邏輯等。

3 CS9211顯示芯片

　　同CS5530A一樣，CS9211也是屬于GEODE產(chǎn)品系列，與美國國家半導體的GX系列(GXI，GXLV，GXm)相匹配。從CS5530A輸出的數字像素流，通過(guò)CS9211轉化成數字RGB輸入到標準SFN／DSTN LCD顯示屏中。支持單色和彩色的DSTN型LCD，最高分辨率達到1 024×768，而對于彩色STN型LCD，則分辨率達到640×480。并且要注意的是，只有在用DSTN型LCD時(shí)，外部幀緩沖器是需要的。

　　CS9211直接與顯示屏相連接，可支持以6：6：6格式的18位顏色像素輸入數據流；支持達到65 MHz的像素時(shí)鐘(DOTCLK)。對于DSTN顯示屏，其刷新頻率可達到120 Hz。對于輸入／輸出的同步脈沖寬度、延時(shí)和極性都是可編程的，以適應許多不同類(lèi)型的顯示屏。顯示屏的電源序列是可以編程來(lái)控制的。內嵌內存控制器支持SDRAM或者EDO存儲，以滿(mǎn)足DSTN的幀緩沖。所用的電源是3.3 V低電源。

4 LCD顯示器

　　LCD是一種被動(dòng)顯示技術(shù)，他本身不發(fā)光，利用反射光顯示字符和圖形。LCD的功耗非常低，于是在低功耗的場(chǎng)合特別是電池供電的嵌入式設備上得到了廣泛的應用。LCD通常使用自然光，反射自然光進(jìn)行顯示，如果周?chē)墓夂苌倩驔](méi)有光，需要在LCD的后面放置一個(gè)光源，這個(gè)光源叫背光。通常，LCD只是一個(gè)顯示器，使用時(shí)需要配合驅動(dòng)器和控制器。

　　LCD顯示器包括字符LCD顯示器、圖形LCD顯示器和定制LCD顯示器。對于圖形LCD顯示器又包括黑白、灰度、彩色3種。LCD按顯示原理分為STN和TFT兩種。單色及灰度顯示屏都是STN(超扭曲向列)LCD；TFT(薄膜晶體管)為彩色顯示屏。

5 硬件顯示系統設計

　　根據上述3芯片的特點(diǎn)，做了系統的硬件設計，其基本設計原理是：GXl處理器的顯示控制器接口與CS5530A輸人輸出接口芯片相連。CS5530A芯片輸出的數字像素數據流，經(jīng)過(guò)CS9211芯片后，轉換成STN液晶顯示屏顯示的RGB輸入數據。要注意的是，若所用的是DSTN LCD，則還需要DRAM／SDRAM作為外部幀緩沖存儲器。時(shí)間和電源時(shí)序控制信號從CS5530A被傳送到CS9211中。CS9211芯片與LCD屏之間只有電源控制信號、定時(shí)信號和數據信號3組。電源控制信號驅動(dòng)顯示屏的背光照明、主電源和對比度電壓。定時(shí)信號包括水平、垂直同步信號，幀同步、行同步信號等，對不同的顯示屏其定義不同。從CS9211中輸出24位的LCD顯示數據，被分成兩個(gè)12位數據線(xiàn)，數據格式依據所連的LCD屏，由偏移量404h[21：16]決定屏的類(lèi)型和顯示模式。其總體結構圖如圖1所示。

本設計的具體引腳圖如圖2與圖3所示。這里對主要引腳做說(shuō)明：

SYSCLK：系統時(shí)鐘；PSERIAL：電源管理串行接口；DCLK：產(chǎn)生圖形顯示系統的時(shí)鐘，由CPU產(chǎn)生(10～200 MHz)；PIXEL：像素數據接口；FP_HSYNC：LCD水平同步輸入；FP_VSYNC：LCD垂直同步信號輸入；ENA_DISP：顯示使能；VID_VAL：表示視頻數據已出現在VID_DATA輸入口；VID_CLK：視頻顯示時(shí)鐘；VID_DATA[7：0]：YUV4：2：2格式或RGB5：6：5格式；VID_RDY：表示CS5530A已準備好接收VID_DATA口的數據了；INTR：CPU中斷請求。FP_ENA_BKL：LCD的背光源輸出；FP_ENA_VDD：LCD的電源；FP_DISP_OUT：LCD輸出使能；FP_CLK：LCD時(shí)鐘；FP_DATA[5：0]，FP_DATA[11：6]，FP_DATA[17：12]：LCD數據口，可以接到DSTN格式芯片，LVDS轉換器或數字NTSC／PAL解碼器。

DISPOFF#：關(guān)閉背光源，注意這一信號是低電平有效；FP_VDDEN：控制LCD的電源；FP_VCONEN：控制LCD的偏置電壓；LP／HSYNC：數據行顯示開(kāi)始；FLM／VSYNC：數據幀顯示開(kāi)始；SHFCLK：LCD時(shí)鐘；LDE／MOD：TFT顯示使能；UD[11：0]，LD[11；0]：數據掃描，這里的掃描可以根據要求分別對高位或低位的數據進(jìn)行掃描。

6 軟件設計流程及驅動(dòng)程序

　　使用液晶屏顯示基本的是像素控制數據的使用。像素控制數據的存放與傳送形式?jīng)Q定了顯示的效果。這是顯示控制的基本程序設計思想。由于此設計的軟件編程比較復雜，限于篇幅，在此只列出了實(shí)現LCD驅動(dòng)的程序流程圖，如圖4所示。

7 系統設計結論

　　本顯示系統，全采用的是美國國家半導體公司的芯片，系統的兼容性好，設計出的系統更加可靠，同時(shí)整體性移植更容易。具有廣泛的應用性和實(shí)用價(jià)值。