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低功耗高性能图形控制芯片的设计与验证

作　者: 付先成
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 液晶显示器图形控制芯片颜色查找表硬件旋转画中画透明显示虚拟显示抖动算法
分类号: TN492
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 524次
引　用: 2次
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内容摘要

科学技术的发展日新月异,显示技术也在发生一场革命。在信息技术和互联网飞速发展的今天,知识、信息传播和即时交流越来越依赖显示技术,显示器件已成为全球性、实时性信息交流的主要手段。通讯技术和手持设备的发展,推动了中小尺寸图形显示技术的发展,也对图形显示控制芯片提出了更高的要求。一方面,为了延长电池的工作时间,要求图形显示控制芯片具有低功耗特性;另一方面,随着彩屏的普及和由其导致的显示数据量的增加,不但要求图形显示控制芯片具有色彩产生功能,而且还要提供各种图形加速引擎。本文通过对中小尺寸图形显示理论与方法的研究,研究并设计开发一款低功耗、集成多种图形引擎和高性能色彩产生电路的图形显示控制芯片。首先,在分析液晶显示动态驱动的时序模型、显示模式与存储结构、MCU(Micro Control Unit)接口标准和LCD(Liquid Crystal Display)显示接口标准的基础上,设计了一款集成多种图形引擎、支持多种微控制器接口和显示接口、内嵌帧缓存的高性能图形控制芯片的体系结构。从性能和功耗两个方面,对中央控制单元的电路结构做了优化设计。其次,分析了硬件旋转、画中画、透明显示和虚拟显示等各种图形加速引擎的原理,然后在此基础上找到扫描点位置(X,Y)与帧缓存地址Address之间存在的关系,推导出两者间的数学模型和硬件实现方法。在综合基于空间抖动算法和时间抖动算法各自特点的基础上,提出了在该设计中采取的灰度和色彩产生方法。并就空间抖动算法存在的块状效应和时间抖动算法引起的闪烁现象,分别提出了改进方法。然后,完成了该芯片的验证和后端设计。主要包括功能仿真、形式化验证、FPGA(Field Programmable Gate Array)验证、存储器内建自修复设计、低功耗设计和测试等。最后,完成了该芯片的样片功能测试和功耗分析。功能测试结果显示,该芯片的电路功能完全正确,存储器时钟工作速度高达70MHz,完全满足设计要求。而功耗分析结果显示该芯片具有非常低的功耗和高度的应用灵活性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 研究背景  9-13
  1.2 图形控制芯片的研究现状  13-17
  1.3 图形控制芯片的发展趋势  17-19
  1.4 本文研究内容及章节安排  19-21
2 图形控制芯片的体系结构设计  21-43
  2.1 前言  21
  2.2 液晶显示动态驱动的时序模型  21-24
  2.3 显示模式与存储结构  24-27
  2.4 液晶显示接口标准分析  27-32
  2.5 MCU 总线接口选择  32-33
  2.6 图形控制芯片的体系结构设计  33-42
  2.7 本章小节  42-43
3 中央控制单元的设计研究  43-65
  3.1 前言  43-44
  3.2 中央控制单元的电路结构  44-46
  3.3 用FIFO 电路解决存储器的并发访问  46-54
  3.4 图形加速引擎的实现  54-64
  3.5 本章小节  64-65
4 用于STN-LCD 的灰度和彩色产生算法及其电路实现  65-89
  4.1 前言  65-67
  4.2 基于空间的抖动算法  67-70
  4.3 基于时间的抖动算法  70-74
  4.4 抖动算法的改进和电路实现  74-82
  4.5 验证方法及结果  82-87
  4.6 本章小节  87-89
5 图形控制芯片的验证和物理实现  89-112
  5.1 前言  89-90
  5.2 功能仿真与验证  90-99
  5.3 嵌入式存储器的内建自修复设计  99-102
  5.4 低功耗设计  102-107
  5.5 物理实现  107-109
  5.6 功耗分析  109-111
  5.7 本章小节  111-112
6 结论与展望  112-115
致谢  115-116
参考文献  116-124
附录作者在攻读博士学位期间发表的论文  124

低功耗高性能图形控制芯片的设计与验证

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