基于ETX模块的显示系统硬件设计

摘要：重点介绍了一种基于ETX模块的新型显示系统的设计，主要包括模拟视频信号的数字转换和LVDS视频总线设计。文中给出了模拟显示信号到数字RGB转换电路的设计，介绍了高质量的液晶显示技术，并且给出了视频发送电路和视频接收电路的具体设计，经过验证表明该设计合理可行。文章揭示了视频发展的趋势和新技术，在显示系统设计中具有典型性和实用性。
关键词：视频；嵌入式；接口；低电压差分信号

0 引言
随着数字电子技术的发展，嵌入式计算机逐渐开始显露头角，并以强大的功能证明自己的存在。其中视频系统的发展最引入注目，从最初简单的指示灯，到能显示数字、字母的数码管，直到能显示汉字的LCD视频的出现，显示质量和信息量不断提高。伴随着导航系统的发展和对战场态势终端显示的需要，对视频系统提出了更高的要求，需要能实时、动态地显示导航信息、地形地貌、态势信息，同时还要兼容显示原CRT上的单色雷达画面。本文介绍了我们在满足视频新要求方面所做的一些工作。

1 显示系统设计基本原理
要支持丰富多彩的视频显示，这对CPU模块提出了很高的要求，通常纯粹的单片嵌入式CPU(例如DSP等)已不能胜任，必须另行选择。图象显示不但要求极高的CPU主频和处理能力，也需要支持图形操作系统，至少具备能够驱动VGA(Video Graphics Array)以上分辨率的软硬件，能够为应用程序提供丰富的图形图像功能。利用PC机多年发展积累的软硬件资源，是一条事半功倍的简截途径。
目前硬件上和PC机视频系统兼容的、能运行图形操作系统的CPU模块有许多种，其中德国JUMPtec公司的ETX系列经过加固能够满足抗恶劣环境要求。该系列模块体积小、功耗低、功能强大，具有以下特点：
(1)处理器都采用P3以上的CPU，处理速度高；
(2)单5V电源支持，简化整个嵌入式系统设计；
(3)BIOS和PC机完全兼容，软件可以直接在PC机上开发而无需任何修改；
(4)和PC机外部接口基本相同，例如提供IDE硬盘接口、串口、并口、USB口、PS／2接口等。在系统扩充功能上，提供PCI总线和传统的EISA总线接口。
(5)视频接口提供VGA、INDS接口支持。
通过ETX模块提供的丰富接口资源，可以方便地扩展系统所需的标准或非标准接口，同时由于ETX模块和通用PC机软硬件兼容，可以直接借用通用资源进行设计，大大简化系统设计的难度。

2 显示系统设计实现
显示系统由液晶显示器、CPU模块、电源模块、IO模块和视频转换模块组成。组成如图1所示。

CPU模块通过ISA总线访问IO接口；通过串口连接二线检测设备；通过LVDS信号输出到多功能显示器。
IO模块能实现三种功能：外围通讯设备的接收和发送电路、GPS接收器数据接收电路和显示器按键控制电路，分别由三种电路实现。
视频转换模块用于将原单色视频信号转换为可在LCD显示的数字信号，进行图像合成和放大处理后，用二选一电路选择显示彩色画面或原雷达单色画面。
电源模块的输入电压为直流28V，经变换后为系统内各模块提供所需电压。
2．1 CPU模块设计
CPU模块是系统主模块，即系统总线的主设备。CPU模块完成系统的数据处理及生成显示图象的功能，产生系统总线的地址信号、数据信号和控制信号。CPU模块功能框图见图2。

CPU模块须提供串行EEPROM以装载LCD驱动软件，LCD的类型不同其驱动软件不同。根据EIX-C3提供的资料，串行EEPROM选用24C16芯片。 24C16的DDCDAT和DDCLK信号直接分别和ETX-C3的DDDA和DDCK信号连接。
考虑到普通硬盘无法满足抗恶劣环境要求，因此选用电子盘用于存放数字地图、数据库、操作系统及应用程序。电子盘采用FLASH芯片存储数据，用IDE控制器实现标准IDE接口和FLASH芯片之间数据交换。由于采用电子结构取代了普通硬盘的机械结构，所以使得抗震性能得到极大的提高。CPU模块通过IDE总线对电子盘模块访问。CPU模块发出的控制信号和地址信号经驱动电路和电子盘相连接。其16位数据接口直接和IDE总线相连。

2．2 IO接口模块设计
IO接口模块实现主CPU模块与外围设备之间的通讯、GPS接收、显示器按键控制等功能。采用DSP控制器，用双口RAM与CPU模块交换数据，接口模块的组成示意图如图4所示。

外围设备接口电路和GPS接收电路由可编程器件ispLSI1048E、TL16C554和MAX488实现。TL16C554是四路串行控制器，工作时钟选择3.686 4MHz，通过内部寄存器配置可以设置通讯最大速率为230400bps。当接收到外部数据时，TL16C554产生中断，该中断作为DSP中断源，由DSP接收中断并作相应处理后将数据存放在双口存储器中，同时设置标志通知主机读取。
通讯模块为了实现键盘电路功能，采用了用ispLSI1048E可编程器件模拟键盘控制器8279的结构原理，这样利用了编程灵活性。键盘控制器(8279)的外部输入时钟为3M6864Hz，而8279的扫描时钟频率为100kHz。当导光板按键按下，并且通过扫描线信号变为低电平来确认按键被按下，则8279便通过发出IRQ9中断信号向主机申请中断，等待主机响应来处理。
2．3 视频模块设计
视频模块有两个功能，一是LCD显示，二是雷达显示信号转换处理。下面分别加以叙述。
2．3．1 LCD显示
采用LCD是解决嵌入式系统要求的高分辨率和小体积矛盾的有效途径。ETX模块支持标准接口的LCD。其接口是标准的40芯LCD输入插座，表1是LCD接口主要信号，其中信号方向相对于LCD模块。直接驱动LCD的电路比较简单，只要把CPU模块对应信号连接即可。