基于Genesis gm5020芯片的等离子彩电的设计

基于Genesis gm5020芯片的等离子彩电的设计

    摘要：gm5020是加拿大genesis公司为液晶显示器和其它点阵显示器产生的高度集成的图像处理芯片，介绍了该芯片的特点、功能、原理。并利用gm5020设计了等离子彩电，给出了其硬件结构和软件流程。 

    等离子彩电能安全避免辐射，是100%的绿色环保电视。由于不受磁气和磁场的影响，具有机身纤薄、重量轻、屏幕大、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、失真度小、节省空间等优点。等离子彩电（PDP）实现电视、计算机、电讯的三合一，直接满足了宽带多媒体信息网的要求。PDP电视是目前彩电大型化的方向之一，在未来的数码时代将逐步取代体积巨大的盒体状CPT显示器而成为未来彩电市场的主导产品。世界上最大的几家PDP生产厂家纷纷宣布推出了PDP新产品，昭示着PDP已开始跃上显示器市场的大舞台。但是，PDP价格高昂，严重制约了它的普及。

    采用gm5020设计平板显示器，具有简单、灵活、费用低等特点，国内外大多数液晶显示器都采用了这种芯片。我们用gm5020设计等离子彩电，藉以实现降低等离子彩电的成本。

 
1、gm5020的特点及功能
    gm5020是加拿大genesis公司为液晶显示器（LCD）和其它点阵显示器生产的高度集成的图像处理芯片，具有以下主要的特征：
（1）三个ADC输入（RGB），作为计算机显卡的输入；
（2）一个8-bit ITU-R BT656视频输入信号（YUV）端口；
（3）一个数字视频交互接口（DVI），内含高带宽数字信息加密保护（HDCP）；
（4）具有图像放大/缩小/冻结功能；
（5）具有在屏显示（OSD）控制的功能；
（6）片内有8051结构的单片机；
（7）具有帧率转换（FRC）控制的功能；
（8）视频工作频率高达160MHz；
（9）最高分辨率SXGA为1280×1024；
（10）提供一个支持平板显示器（LCD或PDP）的输出接口和一个支持CRT显示器的输出接口；
（11）提供一个9线双向的数据接口（GPIO）与外部的MCU相连；
（12）一个2线I2C界面和一个6线I2C界面；
（13）具有调节RGB和YUV信号的色度、对比度、亮度、饱和度的功能。
   
    gm5020的供电电压为3.3V，采用292pin和27mm×27mm的PBGA封装形式。gm5020原理框图如图1所示。除四个外部时钟外，所有时钟都是由gm5020内部通过直接数字同步（DDS）来产生所需要的同步时钟。

    gm5020有两种复位方式：硬件复位和软件复位。硬件复位指gm5020的reset脚（T1）接低电平1μs后使gm5020复位。软件复位指通过设置寄存器HOST_CONTROL的位SOFTWARE_RESET=0使gm5020复位。

    gm5020可接收三种输入数据模式：（1）24bit RGB;(2)8bit ITU-RBT656（CCIR626 422）；（3）数位视频交互信号DVI。
 
    gm5020能够测量输入视频信号的行扫描（HS）和场扫描（VS）时间参数，用于检测输入视频信号是否改变和确定输入视频信号的模式。
 
     gm5020能够对捕获的数字图像数据进行背景、亮度、色度、对比度、饱和度调节。
有相互独立的水平和垂直两个方向的放大和缩小功能，其值由输入图像尺寸和放大图像尺寸所确定。

    通过帧存储接口实现视频输入数据和视频输出数据的帧率转换（FRC）。

    gm5020提供两个OSD模式：字符模式和图形模式。字符模式支持4种颜色字体同时显示，图形模式支持256种颜色显示。OSD可以在内部SRAM或外部扩展SDRAM存储字表或位图。通过对OSD寄存器的设置，可以控制其字型、尺寸、显示位置颜色、闪烁、背景透明、背景不透明、旋转等功能。

    Gm5020提供一个支持平板显示器（LCD或PDP）的输出接口和一个支持CRT显示器的输出接口，输出接口信号包括18bit和24bit RGB像素数据，显示允许（DEN）、显示时钟、行同步（DHS）和场同步（DVS）等信号，所有显示的数据和时钟与输出时间DCLK同步，其显示可通过I2C接口编程控制。

2 gm5020寄存器描述
    gm5020共设有512个内部控制寄存器，通过I2C接口对寄存器编程，可以控制gm5020，以实现各种功能。下面对部分寄存器分类介绍。

    通用配置寄存器：00h用于分别记录公司ID、版本号和芯片序列号；0x006H,0x0d5h，0x0d6h用于FRC设置。

    输入模式控制寄存器(0x50h,0x004h,0x6dh,0x74h)：用于设置输入信号模式ADC。
 
    ADC寄存器（50h～6Ah）：用于设置RGB（红、绿、蓝）的参数。

    TMDS寄存器（6Bh～73h）：用于设置DVI的参数。

    YUV寄存器（7dh～86h）：当输入信号Video译码为YUV时，用于设置YUV的参数。

    输入模式寄存器（8dh～A4h）：用于存储输入信号模式的参数，包括输入信号的水平显示起始位置、水平显示终止位置、垂直显示起始位置、垂直显示终止位置、水平显示延迟和垂直水平显示延迟。

    测量寄存器（A9h～b6h）：将测量RGB和TMDS信号的HS、VS、HT存入该寄存器。

    输入时钟寄存器（1Bh～20h）：包括六个读写寄存器，用于设置合适时钟脉冲。

    输出寄存器（156h～1DFh，1FFh）：分别用于定义输出显示的水平扫描总线数HT、垂直扫描总线数VT、水平显示起始位置、水平显示终止位置、垂直显示起始位置、垂直显示终止位置和帧延迟等。

    OSD控制寄存器（11Ah～153h）：通过这些寄存器可以定义OSD模式和OSD所用的四种颜色以及两个OSD窗口的各自参数。

    背景亮度控制寄存器（24h～29h）：通过这些寄存器设置PWM，用于调节LCD的背景亮度。
GPIO控制寄存器（24h～29h）：用于检测键盘的输入状态和输出指示状态。

3 gm5020在PDP显示系统中的应用
    图2是gm5020应用在PDP平板显示系统中的硬件电路结构图。

    MCU采用可编程芯片AT89C51RD2，具有64K Flash ram，软件代码存储在该芯片内。MCU的作用为：（1）接收键盘或遥控的指令。（2）通过I2C总线设置视频译码器、gm5020、TV解谐器、PT2313寄存器，完成指定的功能。

    视频译码器采用三星LG公司的KS0127，Video、S-Video、component-Video信号输入到KS0127，KS0127将视频模拟信号转变为满足BT656协议的YUV数据传给gm5020。

    TV调谐器采用菲利浦公司的Fl1236MK2，通过I2C总线选择频道。射频信号经TV调谐器分解产生Video和Audio信号。

    音量控制器采用四信道的PT2313，通过I2C总线选择信道，控制音量（Volume）、均衡（Balance）、高低音质（Treble&Bass）和响度（Loudness）。

    SDRAM采用LG公司的K4S16162，SDRAM容量为16M，主要用于存储图像数据。

    串口芯片采用ICL232CPE，用于CMOS/TTL电平转换，供单片机MCU和PC机进行通信。实现等离子体彩电的软件修改。

    来自视频译码器的YUV信号、PC机的RGB图形信号、数字视频交互信号（DVI）经Gm5020芯片处理，直接驱动等离子体显示屏显示。

4 系统软件设计
    PDP平板显示系统中软件的程序流程图如图3所示。系统软件主要分为三大部分：
    （1）初始化：主要包括MCU初始化，全局变量初始化，gm5020内部MCU初始化，视频解碼初始化。

    （2）输入信号模式检测：自动识别Video、NTSC/SECAM,支持显示Video、S-Video、Componen-Video。侦测无信号输入状态并提示，1分钟后处于待机状态。

    （3）用户参数设置：①显示屏尺寸。②图像缩小/放大，具有16：9，4：3两种画面切换。③图像亮度、对比度、饱和度调节。④输出图像行频HS，场频VS，场扫描总线数VT。⑤图像位置调节：图像位置左右、上下移动，图像位置左右、上下倒置。⑥图像冻结。

5 gm5020 pdf datasheet (graphics processing IC)