基于TMS34020的图形显示处理模块的设计

　　引言

　　信息处理技术的发展对显示处理设备提出越来越高的要求，目前的显示器和图形适配器（又称图形卡或显卡）大多可支持1280×1024的高分辨率显示模式。但是，这些高分辨率的显示处理系统主要是面向传统的桌面显示，不能满足专业或某些尖端技术领域的要求。我们研制出的基于TMS34020的图形显示处理模块，支持通用的1280×1024高分辨率显示模式，并提供了专用软件开发环境，可满足不同专业显示领域的应用。

　　显示处理模块体系结构

　　图形显示处理模块的体系结构见图1。该显示处理模块主要由图形系统处理器（GSP）、可编程存储器（EPROM）、动态存储器（DRAM）、帧缓存器（由VRAM 组成） 及带彩色查找表的视频数模转换部件（RAMDAC）等部分组成。

　　

　　GSP采用TMS34020芯片，它是图形显示处理模块的核心器件，负责系统管理，程序存储器中读取指令和数据，在显示存储器中画图，控制动态存储器的刷新和显示图形的屏幕刷新，本板的串口通讯、局部总线的管理以及与PC主机的交互。GSP提供了主机接口I/O寄存器，对主机的访问进行地址译码，并缓存数据。主机通过该接口装载GSP的程序或读写GSP局部存储器的数据。1MB的EPROM存储器用于存储中断向量、初始化程序、基本的图形函数、字符和图符。4MB的DRAM组成的系统存储器用于存放程序和数据，同时也有一部分用作系统堆栈和图形暂存区。以满足大幅漫游、多幅动画等特殊功能的要求。2MB的VRAM用于存放图形数据。RAMDAC将顺序送来的数据进行D/A转换后输出视频模拟信号。因VRAM 串行口数据流输出速度远低于RAMDAC的数据流输入速度，故要在VRAM 与RAMDAC间设有并/串转换电路，将慢速的数据流转换成高速的数据流，再输入到RAMDAC。

　　接口电路

　　

　　存储空间的分配

　　图形显示处理模块配置1MB的EPROM，4MB的DRAM和2MB的VRAM均处于局部存储空间，可映射到主机存储空间。其地址分配见图3， 灰色为保留空间。

　　VRAM作为显示存储器既提供作图区，又为屏幕刷新提供服务。VRAM是在普通DRAM上增加了SRAM移位寄存器和一个串口。图形处理器作图处理（如画图、存图、取图）时通过DRAM的随机口作存取操作，与此同时，像素数据不断通过SRAM移位寄存器和串口输出作显示刷新用。因而，采用VRAM作帧存，除了从DRAM到SRAM的传送周期外的所有时间（超过99％）都可用作图形处理。

　　

　　视频输出

　　视频输出电路由并/串转换电路和RAMDAC 组成。其中，并/串转换电路核心芯片为BT438，将低速的VRAM像素数据流转换为高速的数据流。由于绝大部分高分辨率显示器只接受模拟视频信号输入，所以这两者之间需要一个数模转换器（DAC）。图形显示处理模块上用的BT459就是配色表和DAC的组合元件（RAMDAC）。它是在DAC前加配色表使得图形显示彩色的范围更广，且改变显示颜色更灵活。同时，BT459还支持位面屏蔽和闪烁、硬件光标等功能。使输出的视频能满足更广泛领域的应用。

　　软件设计

　　图形显示处理模块支持用户在两个层次编写应用程序。一是在底层编写程序，直接应用TMS34020工具（包括TMS34020汇编、TMS34020 C编译软件、TMS34020图形函数库和数学函数库）编写装载到GSP局部存储器的应用程序；二是在上层编写程序，编程者只需编写主机运行的应用程序，而不必用TMS34020程序设计语言编写程序。

　　图形显示处理模块开发了通用的TMS34020底层函数库，其中包括汉字串（字符串）显示、画点、直线、椭圆、多边形、椭圆填充、多边形填充、位图扩展、图形块复制、图形块放大或缩小等功能函数。用户可直接应用这些函数，在上层编写程序，缩短软件开发周期。对有特殊应用的领域，可直接编写TMS34020的图形函数和数学函数，以满足专业领域的需求。

　　结语

　　图形显示模块是一种功能较强和非常实用的高分辨率图形处理模块。整个模块的硬件设计在一块电路板上，形成一个图形卡。它具有图形产生、处理与缓存，屏幕刷新时序的控制及象素信息的D／A转换等功能。它支持分辨率高达1280×1024象素的图形图像显示。其系统软件提供了丰富的图形功能函数，可实时输入和显示汉字，进行多种二维图形和三维图形处理。并且支持用户在GSP和PC微机两种环境中编写应用程序以适应不同层次的应用需求，能很好的满足尖端技术领域在高分辨率显示下的程序设计要求。