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NiosII与液晶显示模块的接口及应用
液晶显示器(LCD)由于具有工作电压低、功耗低、体积小、显示信息量大、寿命长、不产生电磁辐射污染、可以显示复杂的文字及图形等优点，液晶显示器已被广泛应用于各种仪器仪表、电子设备及控制领域中，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为笔段式和点矩阵式液晶显示器，后者又可以分为字符点阵式和图形点阵式液晶显示器。图形点阵式液晶显示器不仅可显示数字、字符等内容，还能显示汉字和任意图形。本文是以240*128点阵型液晶显示模块MGL240128T为例。研究嵌入式NiosII软核处理器与液晶显示模块的接口和图形显示的编程技术。
1NiosII软核处理器和SOPC设计在2004年，Alter推出了NiosII系列32位RSIC嵌入式处理器。NiosII软核处理器是Alter的第二代FPGA嵌入式处理器，比第一代Nios具有更高水平的效率和性能。NiosII核平均占甩不到50%的FPGA资源，而计算性能增长了1倍。NiosII嵌入式处理器性能超过200DMIPS，采用32位指令、32位数据和地址、32位通用寄存器和32个外部中断源;支持用户的专用指令多达256个，这使得设计者能够细致地调整系统硬件以满足性能目标。NiosII支持60多个外设选项，开发者能够选择合适的外设，获得最合适的处理器、外设和接口组合，而不必支付根本不使用的硅片功能。目前。FPGA(现场编程逻辑门阵列)芯片密度已达到百万门级，在一片FPGA芯片上可以实现如DSP、MCU、PCI总线控制和各种控制算法等复杂的功能。由于FPGA芯片密度的不断提高和新的EDA开发工具的使用，利用FPGA器件实现SOC已成为可能，这项技术称为嵌入式SOPC(可编程单芯片系统)。SOPC技术既具有基于模板级设计的特征，又具有基于ASIC的系统级芯片设计的特征，具有了可重构性、高效自动化的设计方法。Alter推出的NiosII正是为设计者提供了FPGA优化的灵活的嵌入式处理器，以及为SOPC设计了一套综合解决方案。NiosII处理器具有完善的软件开发套件．包括编译器、集成开发环境(IDE)、mC调试器、实时操作系统(RTOS)和TCP/IP协议栈。设计者能够用AlteraQuartusII开发软件中的SOPCBuilder系统开发工具很容易地创建用户定制的CPU和外设，获得恰好满足需求的处理器系统。利用SOPCBuilder开发工具创建专用的处理器系统，需要进行SOPC的嵌入式处理器芯片和软件设计。SOPCBuilder工具通过加载NioslI核和外围接口的定义配置一个高集成度的SOPC系统的嵌入式处理器芯片。图1所示是一个实现液晶显示的SOPC系统的NioslI处理器，主要端口包括全局输入时钟、复位信号、外部设备片选信号、读使能、写使能、数据地址总线以及和计算机通信的UART端口。由于NioslI是在FPGA片内实现的，因此它既可以通过FPGA的引脚连到外部和其它的设备相连接，也可以直接连到FPGA片内的其他模块上。同样，FPGA片内未被使用的资源仍然可以被配置成为其它的模块使用，从而实现系统的集成，使SOC成为可能。
2NiosII与液晶显示模块的接口MGLS240128T液晶显示模块的引脚说明如表1所示，可显示各种字符及图形，该模块对液晶显示的控制和驱动都由模块内部的控制器T6963C芯片及电路来完成，因此它与外部的连接只有8位数据线和6条控制线及电源。外部CPU通过这些数据线和控制线来设置所需要的显示方式，其它功能均由模块自动完成。控制器T6963C最大的特点是具有独特的硬件初始设置功能，初始化在上电时就已基本设置完成。它还具有很强的软件控制能力，外部的处理器通过接口写入液晶模块的指令来实现模块控制。软件控制主要集中于显示功能的设置上。T6963C的控制指令如表2所示。T6963C的指令可带一个或多个参数，每条指令的执行都是先送入参数(如有参数)，再送入指令。嵌入式处理器NioslI把液晶显示模块接口看着普通的外部设备PIO进行操作，因此液晶显示模块的数据以及读写片选信号都包括在NiosII上的PIO总线中。其接口电路如图2所示。其中LCD_DB[7..0]为8位数据线，负责将控制指令和显示数据输入到液晶显示模块中;LCD_CD为指令，数据切换;LCD_CS为为片选信号;LCD_RD为读使能;LCD_WR为写使能。
3NiosII处理器的软件开发利用SOPCBuilder开发工具创建专用的处理器系统的硬件后，SOPCBuilder还为编写操作这些片上硬件的软件代码提供了一个NiosII集成开发环境(IDE)，这个软件开发环境包括语言的头文件、外围接口的驱动以及实时操作系统的内核，可完成整个软件工程的编缉、编译、调试和下载等过程，极大