基于CPLD的车辆信息通讯系统的OSD设计

摘要

本课题研究的目的是在现有的车辆信息通讯系统中添加在屏显示OSD功能，以实现在便于多路视频信息处理并完善人机界面的设计。通过分析了液晶显示器及其驱动器的工作原理，提出了基于FPGA、图形处理器和CPLD的多种不同的外置OSD控制器设计方案。在通过对各个设计方案的料单分析比较，选择了设计和生产成本最低的CPLD设计方案。在外制OSD控制器的OSD数据传递时提出可能的四种机制：数据锁存机制、MCU等待机制、分时显示机制和利用LCD扫描消隐间隙的机制。通过对MCU传递OSD数据的核心程序的分解，从C语言到汇编后的汇编程序的逐次分析，明确了完成核心数据操作所消耗的指令周期的基数。并在此基础上选择了最可行和可靠的数据锁存机制处理OSD数据传递。主机添加的OSD模块的软件架构是面向OSD图形的对象开发的。完善和优化车辆信息通讯系统中上位机的OSD模块的软件架构，不但使程序的模块化设计更趋合理，结合产品多样性的实际困难，利用OSD模块软件设计灵活的特点，通过内建测试OSD图形和字符的方法大减少了产品在量产时的生产测试时间，同时也为整车测试中评估视频系统的性能提供了新的高效的测试评估手段。硬件设计是围绕CPLD的锁存控制时序设计、SRAM数据的读写总线设计和OSD视频信号传递通道的设计。硬件模块实现的同时，实现了I2C总线长距离通讯，并解决了OSD图像传输对I2C总线干扰的线束设计问题。通过实验证明了基于CPLD的外置OSD控制器设计方案达到预期目标，并在实验的过程中进一步优化了图形字库的设计，也为下一步完善OSD控制器的设计明确了努力的方向。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 应用背景

1.2 常用的车辆视频信息处理方案

1.3 CPLD 技术的发展

1.4 课题研究的目标

1.5 论文的结构和内容

2 AMLCD 显示原理

2.1 AMLCD 简介

2.2 TFT-AMLCD 显示器构成

2.3 AMLCD 的扫描方式

2.4 本章小结

3 OSD 系统简介

3.1 字符型OSD 和位图型OSD

3.2 OSD 实现的方法

3.3 内置字符型OSD 模块应用

3.4 外置OSD 模块简介

3.5 外置OSD 模块设计方案

3.5.1 外置OSD 模块的FPGA 解决方案1

3.5.2 外置OSD 模块的FPGA 解决方案2

3.5.3 外置OSD 模块的图像处理器解决方案

3.5.4 外置OSD 模块的CPLD 解决方案

3.6 外置的OSD 模块的设计选择

3.7 本章小结

4 基于CPLD 的外置OSD 控制器的设计

4.1 外置OSD 控制器的系统构成

4.2 外置OSD 模块的软件设计

4.2.1 MCU 传递OSD 数据的基本时间开销

4.2.2 基于数据和地址总线锁存的方案

4.2.3 基于MCU 等待机制的方案

4.2.4 分时显示OSD 图形的方案

4.2.5 利用扫描显示间隙的方案

4.2.6 OSD 数据传递方案的比较

4.2.7 主机MCU 处理OSD 图形数据的机制

4.2.8 OSD 控制模块在产品测试的应用

4.3 外置OSD 控制器硬件设计

4.3.1 外置OSD 控制系统中SRAM 的应用

4.3.2 CPLD 的硬件设计

4.3.3 OSD 视频模块的硬件设计

4.3.4 外置OSD 控制系统中12C 总线设计

4.3.5 OSD 驱动器的线束设计

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 外置OSD 控制器设计的实验结果

5.1.1 外置OSD 模块的图形显示实验结果

5.1.2 外置OSD 模块的字符显示实验结果

5.1.3 I2C 总线长距离通讯的稳定性实验结果

5.2 外置OSD 控制器设计的展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文