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Für integrierte und autarke TFT-Display-Ansteuerungen - Polyscope

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www.polyscope.ch
FPGA und Visualisierungssoftware s ind die Basis
Für integrierte und autarke
TFT-Display-Ansteuerungen
MSC Vertriebs GmbH, Enclustra und Ininet haben gemeinsam eine Ansteuerungslösung, basierend
auf einem FPGA, realisiert. MSC ist verantwortlich für die Evaluation Plattform, Enclustra hat
das FPGA entwickelt und Ininet portierte seine Visualisierungssoftware auf diese Umgebung. Diese
Lösung ist in ein System einbindbar oder als eigenständige Ansteuerung einsetzbar.
dauer und das Design wird in einer Hochsprache realisiert, z. B. VHDL. Dadurch lässt
sich das Design leicht auf eine andere oder
neuere FPGA-Technologie bei gleicher Funktion portieren. Es müssten nur Anpassungen
im Board-Bereich vorgenommen werden,
aber keine Softwaretreiber.
Die TFT-Ansteuerung wird auf die wirklich
benötigten Funktionen angepasst. Zur Realisierung einer TFT-Display-Ansteuerung mit
Lattice FPGAs hat die MSC Vertriebs GmbH
einen TFT-Controller-IP-Core als Referenzdesign entwickelt.
Der Core bietet folgende Funktionen:
■ paralleles TFT-Interface mit programmierbarem Timing/LVDS 7:1 optional
■ synchronen, parallelen Slave-Konfigurations-Port
■ Video-Speicher-Zugriff via synchronem
Master-Memory-Port
Entwickeln mit Spider Control
FPGAs haben in der Regel
eine sehr lange Lebensdauer und das
Design wird in einer Hochsprache realisiert
Es gibt immer mehr günstige TFT-Displays
mit unterschiedlichen Interfaces und Timings.
Mit herkömmlichen Displayansteuerungen
sind dadurch Anpassungen an ein neues Display ohne Hardwareänderungen kaum noch
möglich. Einen Ausweg bieten da die TFT-Displayansteuerungen, basierend auf programmierbarer Logik. Insbesondere die Flexibilität
von FPGAs erlaubt es bei gleicher Hardware
■ Zeichnen der MMIs auf dem PC mit dem Editor
■ Optional: 1:1-Simulation der MMIs auf dem PC
durch Umprogrammieren des FPGA-Inhalts,
eine neue Auflösung, unterschiedliche Timings und Interfacesignale zu realisieren.
FPGA-Lösungen sind nicht von
Abkündigungen betroffen
Ausserdem ist eine FPGA-basierte Lösung
nicht von Abkündigungen betroffen. FPGAs
haben in der Regel eine sehr lange Lebens-
oder auf einem käuflichen Industriepanel.
Damit ist es möglich, das MMI bereits fertig zu
entwickeln, bevor die eigene HW fertig ist.
■ CodeGenerator: Auswahl der notwendigen
Projektfiles und automatisches Erzeugen einer
C-Datenstruktur.
■ Compilieren und Testen auf dem Target.
■ Die eigene Echtzeitapplikation über das
DataServer-Modul mit dem MicroBrowser
verbinden. Die Schnittstelle besteht lediglich
aus je einer Funktion zum Lesen bzw. Schreiben
einer Variablen.
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Die Funktionalität des TFT-Cores lässt sich
sehr einfach mit einer HPE-MINI-Evaluationsplattform demonstrieren und evaluieren
■
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Pixel-Daten FIFO zur Aufrechterhaltung
eines konstanten Pixel-Datenflusses
programmierbare TFT-Auflösung
16 Bit pro Pixel Farbtiefe
zwei Videoseiten mit eingebauter Seitenwechselfunktion
2D-Beschleunigungsfunktion (Zeichnen
von einfarbigen Blöcken)
Für die Plattformen gibt es kostenlose
Referenzdesigns
Die Funktionalität des TFT-Cores lässt sich
sehr einfach mit einer von Gleichmann Research entwickelten HPE-MINI-Evaluationsplattform demonstrieren und evaluieren.
Dieses Board ist z. B. mit einem Lattice FPGA
der ECP2-Familie (ECP2-50) bestückt und bietet viele nützliche Interfaces nach aussen und
eine kleine Bedieneinheit. Über die beiden 40poligen Erweiterungsstiftleisten lässt sich ein
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optionales QVGA-TFT-Display-Modul anstecken. Damit lassen sich recht einfach und
schnell erste Anzeigeergebnisse realisieren.
MSC bietet für diese Plattformen kostenlose Referenzdesigns an. Diese reichen vom
Standalone-TFT-Controller mit Mikrocontroller-Schnittstelle und externen SRAM als
Framebuffer bis hin zur Verwendung von
LatticeMico8 und LatticeMico32 SoftCore
Controllern zur Bildgenerierung. Das auf dem
Board vorhandene SRAM reicht aus, dass ein
Display mit VGA-Auflösung betrieben werden
kann.
Bei grösseren Auflösungen oder zur Realisierung von anspruchsvolleren Applikationen
stellt Enclustra auf derselben Basis weiterführende Lösungen zur Verfügung.
FPGA-Design ist speziell auf integrierte
Displaylösung abgestimmt
Das FPGA-Design besteht aus einem Mico32Softcore-Prozessor, einem TFT-Controller und
einem DDR-SDRAM-Controller sowie diversen
Schnittstellen zur Kommunikation mit dem
Benutzer. Sowohl die CPU als auch die beiden
32 Bit breiten Bussysteme werden mit 100 MHz
getaktet. Dies garantiert den nötigen Datendurchsatz auch für grössere Displays und
genügend Rechenpower, um schnell auf UserInteraktionen zu reagieren. Der TFT-Controller ist bewusst nicht am CPU Bus (Wishbone)
angeschlossen, um diesen nicht unnötig
durch die Videodaten zu belasten. Beim ClustraBus, der den TFT- mit dem DDR-Controller
verbindet, handelt es sich um einen speziell
für FPGAs optimierten Bus von Enclustra.
Er vereint die Vorteile von Wishbone, Avalon und PLB, ist aber trotzdem Ressour-
Das HPE-MINI-Board ist z.B. mit einem Lattice FPGA der ECP2-Familie (ECP2-50) bestückt und
bietet viele nützliche Interfaces und eine kleine Bedieneinheit
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KONFEKTIONIERUNG
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Kupplungen
Die perfekte Welle-WelleVerbindung. Verdrehsteif
und flexibel, zuverlässig
und preiswert, verschleissund wartungsfrei.
FLUIDTECHNIK
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M E C H AT R O N I K
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BAUGRUPPEN
Daten des Demo-Systems: Eval-Board: Gleichmann Hpe-mini-LEC2;
FPGA: Lattice ECP2-50; Ressourcen FPGA: 7000 LUT, 4000 FF, 10 BRAM,
min. 90 IOs; Display: Hitachi TX09D70VM 240ϫ320 mit LED-Backlight
und Touchscreen; Touch-Controller: Cypress PSOC CY8C24223
cen-schonend. Durch eine Bridge, welche die
zwei Busse verbindet, kann der Mikroprozessor den TFT-Controller ansteuern, direkt ins
Video-Memory schreiben und das DDR-Memory als Arbeitsspeicher verwenden. Um die
stetige Versorgung der CPU mit Instruktionen
sicherzustellen, ist der Mico32 mit einem
Instruction-Cache ausgestattet. Beim Mico32
handelt es sich um einen 32-Bit-RISC-Softcore-Prozessor von Lattice. Im Gegensatz zu
den grossen Konkurrenten ist der Mico32 frei
als OpenSource (Verilog) verfügbar. Am Wishbone-Bus hängen weiter eine UART für den
externen Touchscreen-Controller, eine UART
und Parallel-IOs für die User-Kommunikation
und ein Flash-Controller. Der Flash-Speicher
kann sowohl für den FPGA-Bitstream als auch
für das Software-Binary verwendet werden.
Programmiert wird das Flash bequem über
die JTAG-Schnittstelle mit der Lattice-ispVM-Software oder auch über den Mico32 für
Updates im Feld.
TFT-Controller benötigt nur Adresse
der Videoseite
Der TFT-Controller von Enclustra wird direkt
in der Firmware mit wenigen Parametern auf
das Display angepasst und benötigt als Initialisierung nur noch die Adresse der Videoseite.
Beteiligte Firmen
MSC Schweiz AG, Erlenstrasse 27, 2555 Brügg,
Tel. 032 366 85 65, biel@msc-ge.com
Enclustra GmbH, FPGA Design Center, Techno-
Tel. ++ 41 ( 0 ) 44 877 50 11
www.bibus.ch
parkstrasse 1, 8005 Zürich, Tel. 043 343 39 43,
info09@enclustra.com, www.enclustra.com
iniNet Solutions GmbH, Fichtenhagstrasse 2,
4132 Muttenz, www.spidercontrol.net
Er arbeitet mit 16 Bit Farbtiefe und kann
somit auch Farbverläufe oder Fotos in guter
Qualität darstellen. Die Auflösung ist nur
durch die Bandbreite des Videospeichers begrenzt. So können auch Bildschirme mit
1280ϫ1024 und mehr Pixeln angesteuert
werden. Um Buffer-Underruns vorzubeugen,
verfügt der Controller über einen Pixel-Buffer
mit Prefetcher. Ein optionaler 2D-Beschleuniger unterstützt das Zeichnen von Rechtecken
und Linien sowie das Kopieren von Rechtecken mit und ohne Transparenz. Alle Operationen können User auf beliebige Videoseiten
anwenden. Die Anzahl der Videoseiten ist nur
durch den Speicher begrenzt.
Der von Enclustra entwickelte DDRSDRAM-Controller ist ebenfalls mit einem
Hochleistungs-ClustraBus-Interface
ausgestattet und optimal an das FPGA angepasst.
Da der DDR-Speicher mit dem doppelten Bustakt betrieben wird, reicht ein 16 Bit breiter
Speicherbaustein, um den 32-Bit-Bus mit Daten zu versorgen.
Visualisierungssoftware spart Zeit
Der SpiderControl MicroBrowser und Editor
erlauben eine effiziente und moderne Entwicklung von MMIs (Man Machine Interfaces), auch auf kleinen grafischen LCDs. Typischerweise geschieht die Entwicklung von
MMIs auf kleinen grafischen LCDs häufig immer noch wie zu Zeiten der Programmierung
einer MS-DOS-Applikation: Im besten Fall
wird eine Grafiklibrary extern eingekauft und
dann die gesamte Bedienung in C oder C++
auscodiert. Der Aufwand für die Entwicklung
einer Bedienung auf einem kleinen LCD beträgt damit ein Vielfaches einer modernen
PC- oder Web-Applikation mit einer vergleichbaren Funktionalität. Warum ist das so?
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Die grafischen
Oberflächen werden
mit dem Editor auf
dem PC entworfen
und getestet, ohne
dass der Entwickler
eine Zeile Code
schreiben muss
Für PC-Applikationen stehen heute leistungsfähige Werkzeuge zur Verfügung,
welche die Entwicklung nach modernen Design-Pattern wie z.B. einer «Three-Tier-Architektur» unterstützen. Ausserdem geben
moderne Betriebssysteme die Struktur einer
Applikation in einer relativ weitgehenden
Weise bereits vor: Jeder Benutzer kennt den
grundlegenden Menü-Aufbau, die wichtigsten Funktionen sowie die Eigenschaften der
gängigen Controls, welche bei jeder Applikation gleich sind. Dies vereinfacht einerseits
sowohl die Entwicklung um Faktoren, andererseits ist auch die Wartung eines solchen
Projekts über viele Jahre hinweg wesentlich
einfacher. Ausserdem sind die Anwender
mit den Grundlagen der Bedienung bereits
vertraut und der Schulungsaufwand entsprechend geringer.
Automatische Erzeugung von C-Code
Das SpiderControl Framework bietet diesen
Fortschritt nun auch für die Entwicklung von
Klein-MMIs für die Gerätebedienung. Dabei
wird die umfangreiche Funktionalität nun
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auch für embedded Designs direkt in einem
FPGA angeboten.
SpiderControl ist eine für industrielle Anwendungen entwickelte Toolchain, welche
eine effiziente Entwicklung von Bedieneroberflächen erlaubt. Die grafischen Oberflächen
werden mit dem Editor auf dem PC entworfen
und getestet, ohne dass der Entwickler eine
Zeile Code schreiben muss. Für den Einsatz
auf FPGA-Systemen wird durch das Tool automatisch C-Code erzeugt, welcher direkt in
die bestehende Applikationen inkl. RT-Betriebssystem integriert ist.
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Infoservice
MSC Schweiz AG, www.msc-ge.com
Büro Rotkreuz, Grundstrasse 14, 6343 Rotkreuz
Tel. 041 785 82 00, Fax 041 785 82 09
rotkreuz@msc-ge.com
Büro Biel/Bienne, Erlenstrasse 27, 2555 Brügg
Tel. 032 366 85 65, Fax 032 366 85 66
biel@msc-ge.com
Büro Montreux, Avenue Nestlé 141
1820 Montreux
Tél. 021 965 35 00, Fax 021 965 35 01
montreux@msc-ge.com
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