具有图形显示功能的微控制器介绍

图形用户界面必须在每个系统设计人员的兴趣列表中都很高。虽然几年前双线分段显示器可能对用户界面有利，但智能手机和iPad的出现意味着客户已经或即将问及为什么您的系统没有花哨的显示器。因此，设计工程师正在寻找在具有用户界面的任何设备上获得高分辨率图形显示的最佳（即最简单）方法。

有许多带有分段LCD控制器的微控制器--8位，16位或32位。如果您希望在屏幕上显示图形元素，特别是复杂的图形元素，则选择要小得多，设计也会更复杂。一种方法是使用PC。 PC总是有图形控制器，最近它们集成到Intel或AMD CPU中。因此，如果你可以使用PC主板或许多配备x86 CPU的单板计算机之一，你只需找到软件库就可以选择任何标准显示器。

对于其他嵌入式系统，设计工程师可以使用一些具有图形功能的有趣微控制器。如果你真的不需要“高性能”，并且你可以使用256色（表1）的QVGA（320 x 240）分辨率，你可以经常将显示内存放入片上RAM。而且，您可以使用16位MCU。

显示类型＆amp; size颜色深度和内存要求（以字节为单位）1位/像素

（单声道）2位/像素

（4种阴影）4位/像素

（16种阴影）8位/像素

（ 256色）16位/像素

（65K色）WVGA 800x480 7“48，000 96，000 192，000 384，000 768，000 VGA 640x480 5.7”38，400 76，800 153，600 307，200 614，400 WQVGA 480x272 4.3“16，320 32，640 65，280 130，560 261，120 QVGA 320x240 3.2”9，600 19，200 38，400 76，800 153，600 OLED 128x64的常用1“-2.7”1，024 2，048 4，096 8，192 16，384

表1：一些常见的图形屏幕尺寸。

让我们看一下具有集成LCD图形控制器的MCU的几个很好的例子。

Microchip PIC24

PIC24FJ256DA206（图1）16位MCU具有三个图形硬件加速器，便于渲染块复制，压缩数据的文本和解包以及颜色查找表。该IC具有256 KB的闪存和96 KB的SRAM。

该芯片还具有增强型并行主端口（EPMP），可根据需要提供高达16 MB的外部图形RAM。该器件具有五个定时器，USB v2.0 On-The-Go，UART，SPI和I2C I/O，24通道10位A/D转换和实时时钟。它被认为是QVGA和WQVGA显示器成本最低的图形解决方案之一。

图1：PIC24提供低成本且易于实现的图形解决方案。

Fujitsu MB86R01

富士通MB86R01‘Jade’SoC（图2）采用32位ARM926EJ-S CPU内核，配备高性能图形显示控制器内核，内部存储器频率为320 MHz，显示性能足以显示分辨率高达1024 x 768.它还具有六层叠加窗口显示，每层有一个alpha平面和恒定的alpha值，以及两个支持YUV，RGB，ITU656和其他格式的独立视频捕获单元。

Jade针对汽车图形应用，但同样适用于许多其他高性能应用。该器件具有分层总线系统，可将高性能功能（如3D图形处理）与常规操作（如低速I/O）隔离开来。 ARM内核运行频率为333 MHz，图形核心频率为166 MHz。外部存储器控制器支持302 MHz DDR2。

该芯片支持两个视频输入（YUV/ITU656或RGB），可以对视频图像进行放大和缩小。它还可以支持两个独特的显示器，并具有两个CAN端口，A/D和D/A转换器，IDE，USB，SPI，FlexRay和Media LB端口。

图2：富士通的MB86R1通过分层总线系统提供高性能。

Atmel SAM9G

Atmel SAM9G10的ARM926E-J-S内核具有DSP扩展和Java加速，运行频率高达400 MHz。它具有先进的图形LCD控制器，具有4层叠加和2D加速（画中画，alpha混合，缩放，旋转，颜色转换）和10位A/D转换器，支持4线或5线电阻式触摸屏。该芯片具有64 KB的ROM，32 KB的高速SRAM和32位外部总线存储器接口，支持DDR2，静态存储器，并具有MLC/SLC NAND闪存电路，ECC高达24位。该器件没有闪存，但是32 KB的快速ROM和16 KB的SRAM。

SAM9G图形控制器支持1到24位/像素，可扩展至800 x 600像素，并具有384字节的异步输出FIFO。该芯片的10层总线矩阵与2 x 8 DMA通道以及用于通信和接口外设的专用DMA相结合，可确保以最小的处理器开销实现不间断的数据传输。

多种通信接口包括支持Conexant SmartDAA线路驱动器的软调制解调器，HS USB，FS USB主机，10/100以太网MAC，两个HS SD卡/SDIO/MMC接口，USART，SPI，I2S和TWI。

Atmel的SAM9G45增加了许多功能，包括以太网和LIN端口，A/D转换器，PWM，触摸屏接口和摄像机视频输入。它采用324球TFBGA封装。

德州仪器（TI）AM3358

德州仪器（TI）Sitara Am3358基于Cortex-A8的SoC针对便携式导航设备，手持游戏和教育设备，家庭和楼宇自动化设备以及其他需要便携性或低功耗的设备消费。它具有触摸屏控制器用户界面，3D图形加速器（每秒2000万个三角形），LCD显示控制器和7 mW备用电源。 LCD控制器由两个独立的控制器组成，即光栅控制器和LCD接口显示驱动器（LIDD）控制器。

光栅控制器处理同步LCD接口。它为无源显示器提供持续图形刷新的时序和数据，并支持各种单色和全彩显示器类型和尺寸。图形数据被处理并存储在帧缓冲存储器中，DMA引擎将图形数据提供给光栅引擎，光栅引擎又输出到外部LCD设备。

LIDD控制器支持异步LCD接口。它提供控制信号（CS，WE，OE，ALE）和输出数据的全时序可编程性。 LCD控制器的最大分辨率为2048 x 2048像素。最大帧速率由图像大小和像素时钟速率组合确定。

该芯片还有一个NEON SIMD协处理器，带有纠错功能的256 KB L2缓存，以及一个DDR/DDR2/DDR3外部存储器控制器。它还具有加密加速功能。该芯片的外设包括CAN，千兆以太网双端口交换机，双USB + PHY，LPDDR1/DDR2/DDR3，可编程实时单元（PRU），8通道12位A/D转换器，三通道PWM，64-Ch EDMA和RTC。 TI还提供了一个有用的评估模块，名为TMDXEVM3358（图3）。

图3：用于TI Sitara AM3358 MCU的TMDXEVM3358评估模块。

ARM图形处理

您可能考虑的另一件事是ARM Mali图形。目前，这款图形处理器被用于许多智能手机和平板电脑SOC，例如三星Exynos 4212手机和Galaxy Tab，但它尚未在微控制器中使用 - 请继续关注。显然，马里的一个特点是功率非常低，并且根据所提到的最终产品的图形质量，它的性能也很好。

集成显示控制器能够直接驱动几乎所有带有RGB或STN/CSTN接口的LCD显示器，其中包括各种TFT，STN和一些OLED显示器。这些功能有效地创建了一个完整的图形子系统，完全集成在与MCU相同的芯片上，可提供高达640 x 480（VGA）的显示分辨率。

总结

LCD接口正在迅速取代传统LED和分段LCD显示器，因为设计人员可以利用它们提供的美学，灵活性和成本优势。因此，随处可见支持图形的设备，包括移动电话，平板电脑，数字电表，智能遥控器，家用电器和工业设备;这个名单几乎无穷无尽。

正如我们所看到的，16位和32位空间中越来越多的微控制器（MCU）提供可以驱动相对高分辨率LCD的集成图形控制器。但是，虽然图形硬件允许嵌入式MCU呈现引人注目的图像，但随附软件的开发可能是一项挑战。幸运的是，许多MCU供应商现在可以让他们的客户免费访问强大的图形库和/或第三方GUI开发工具，这将大大简化您的设计并加快产品上市时间。请务必询问可用的软件，作为MCU-plus集成图形控制器选择过程的一部分。