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手持设备图像控制器的设计与研究

作　者: 陈毅成
导　师: 邹雪城；刘政林
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 平板显示 JPEG 图形加速 2D引擎 BitBLT 手持设备流水线
分类号: TN873
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 142次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

图像控制器广泛应用于各种图形显示设备中,近年来的热点是手持设备中的LCD图像控制器的设计实现和优化,同时考虑手持设备对物理尺寸、功耗和成本的要求。本文讨论应用于手持设备中的中小尺寸LCD图像控制器,其主要功能是在系统中进行图像显示和图像处理。本设计中嵌入显示存储器用来储存需要显示的图形的数据,添加二维图形加速引擎用来加速图形拷贝、移动、填充和颜色扩展等。针对手持设备的照相功能,本设计嵌入JPEG硬件编码解码器和YUV/RGB的转换器,摄像头接口,图形裁减单元等。文章在分析图像控制器在平板显示系统中功能和体系结构的基础上,采用由上至下(TOP-DOWN)的设计方法,完成手持设备图像控制器芯片的前端设计和FPGA验证。文章讨论了手持设备中图像控制器的功能、结构、电路实现,在此基础上,分析了图像控制器的结构和算法,并实现了BitBLT引擎和JPEG编码解码器。详细讨论了应用于DCT/IDCT的分布式算法(DA算法),用于熵编码的快速哈夫曼编码解码算法。另外讨论了实现设计中总线宽度,多时钟设计,显示存储器仲裁逻辑,颜色扩展的实现等关键问题。通过对速度、功耗、面积的优化处理和折衷考虑完成了图像控制器设计,并给出了逻辑仿真及FPGA验证的结果。该设计采用流水线处理结构,能达到非常快的处理速度,同时进行了功耗优化。本文用Verilog硬件描述语言实现了图像控制器的前端设计流程,使用EDA工具进行了逻辑仿真和验证,并用FPGA芯片来进行方案验证,文章详细给出了FPGA测试环境的搭建和测试。采用Synopsys公司的VCS (版本6.0.1)来分别实现仿真。最后在Xilinx公司Virtex-2Pro-vp40-fg1152-4的FPGA来进行FPGA实现。通过系统仿真和逻辑验证显示该图像控制器满足预期的功能要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题概述  8-9
  1.2 集成电路设计发展趋势  9
  1.3 平板显示技术的发展现状和趋势  9-10
  1.4 本课题实现的目标和研究的意义  10
  1.5 论文主要内容及安排  10-12
2 图像控制器的体系结构和LCD 显示控制模块  12-19
  2.1 图像控制器的体系结构  12
  2.2 图像控制器的模块结构  12-19
3 二维图形加速引擎设计  19-29
  3.1 二维图形加速引擎的功能和体系结构  19-21
  3.2 二维图形加速引擎的模块结构  21-29
4 JPEG 硬件编码解码器  29-48
  4.1 色彩模型  29
  4.2 JPEG 标准和算法  29-36
  4.3 JPEG 硬件编码解码器的实现  36-46
  4.4 仿真结果  46-48
5 LCD 图形控制器中的关键问题  48-53
  5.1 数据总线宽度  48-49
  5.2 多时钟设计  49
  5.3 存储器接口的请求仲裁  49-50
  5.4 JPEG 关键路径分析  50-51
  5.5 功耗优化  51-52
  5.6 资源复用  52-53
6 FPGA 验证方案  53-59
  6.1 FPGA 验证的一般性原理  53
  6.2 FPGA 的设计实现  53-56
  6.3 图像控制器的FPGA 验证方案设计  56-57
  6.4 图像控制器的FPGA 验证结果  57-59
7 总结  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
附录1 攻读硕士学位期间参加的项目和发表的论文  66-67
附录2 LCD 图像控制器FPGA 实现的MAP 报告(部分)  67-68

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