隨著現代電子信息技術的發展，人機交互、圖形圖像數據的輸出顯示在系統設計中越來越重要，一方面要求各種參數的輸入，另一方面要求將數據結構顯示出來。文中設計的基于DSP和FPGA的系統結構，實現了人機交互和各種圖形圖像的輸出顯示，而且可以達到動態顯示的效果。在設計上采用了軟件填充的圖形設計方法，先由DSP生成全局數據緩沖區，填充要繪制的圖形，之后通過DSP的EDMA傳遞給FPGA，FPGA實現顯示屏的接口不斷掃描，將數據送到顯示屏顯示。同時FPGA連接鍵盤接口，通過掃描法掃描鍵值，之后通過中斷方式送到DSP，使DSP對各種輸入進行控制。整個系統的結構圖如圖1所示。

1 系統功能

為實現顯示系統的基本功能，系統要求實現人機交互，通過鍵盤輸入各種鍵值，選擇或輸入各種參數，因此設計了6×6的矩陣鍵盤，可以輸入26個英文字母和0～9共10個數字，鍵盤的接口連在FPGA上，FPGA將掃描到的鍵值以中斷方式送到DSP，DSP根據輸入的參數進行處理。

對于顯示部分，系統要求提供各種驅動函數，可以實現畫點、畫線、畫方框、畫矩形、填充矩形、畫橢圓、填充橢圓、畫圓、填充圓、顯示漢字、數字、英文字符以及圖標Logo等功能，在這些基本畫圖函數的基礎上可以實現各種復雜圖形的顯示。

總的實現方式是在DSP內部開辟一緩沖數據區，DSP將要輸出的圖形數據填充至數據緩沖區，需要顯示時，DSP啟動EDMA，通過總線將緩沖區的數據送至FPGA，在FPGA內開辟一雙口RAM，一端接收DSP傳輸的緩沖區的數據，保存在雙口RAM中，另一端將雙口RAM中保存的緩沖區數據讀出，以不斷掃描的方式按照顯示屏的時序將數據顯示在顯示屏上。

2 系統硬件設計

DSP具有高速處理的特點，運算速度快、FPGA并行處理能力強，常用于設計一些接口。DSP和FPGA相互結合的結構，能充分發揮二者的優點，選用各種復雜的系統。

顯示控制系統采用的DSP是TI公司的，它是TI公司推出的一款高性能的數字信號處理器。FPGA采用的是Altera公司Cyclone系列的一款芯片EP3C78017，這是一款高性價比的FPGA芯片。FPGA和DSP通過DSP的外部總線接口EMIF連接。為便于系統的擴張，將FPGA映射在DSP的CE2和CE3的地址空間，對應的存儲器映射地址分別為0xA0000000和0xB0000000。

由于要加載字庫，系統需要大容量的數據存儲器來存儲字庫數據和數據緩沖區，而DSP的內部RAM只有不到200 kB，因此需要擴展系統的數據存儲器。系統外掛了一個SDRAM，它依然通過DSP的EMIF接口和DSP相連接，連接在DSP的CE0空間，對應的存儲器映射地址為0x80000000，SDRAM的型號為MT48LC2M32BTG。

顯示屏是640×480點陣的EL LCD寬溫顯示屏，其上下半屏同時掃描的雙掃描單色顯示屏，由于寬溫特性，多用在工業和軍事中，型號是EL640.480 AF1 ET。

系統將鍵盤接口和顯示接口連接在FPGA上。系統硬件原理如圖2所示。

3 系統軟件設計

3.1 鍵盤接口設計

為實現人機交互必須要有相應的輸入接口，系統在FPGA外部連接了6×6的矩陣鍵盤，以實現各種參數的輸入和顯示控制。DSP和FPGA要完成各自不同的控制邏輯。

FPGA中用VHDL硬件描述語言設計鍵值的掃描程序，采用逐行掃描的思想，并開辟一寄存器保存掃描到的鍵值，DSP讀取該寄存器即得到按鍵鍵值，該寄存器對應的地址為0xA0001000，對應DSP中CE2的選址空間。當有按鍵按下時，FPGA掃描得到鍵值，保存至按鍵寄存器中，并向DSP發送外部中斷Exint4，DSP在中斷服務程序中讀取地址為0xA0001000寄存器中的內容即可得到鍵值。

3.2 顯示接口設計

由于顯示屏是640×480的單色顯示屏，要在DSP內開辟一顯示的數據緩沖區，大小為38 400 Byte，緩沖區的每一位代表一個像素，代表顯示屏上的一個像素點，緩沖區的第一個Byte的最低位點代表顯示屏的第一個像素點，依次類推。

對于要顯示的圖像，DSP必須先用相應的圖形算法填充該圖形緩沖區，之后啟動DSP的EDMA將數據通過DSP的總線送至FPGA的雙口RAM中，雙口RAM的起始地址是0xA0080000，對應LCD顯示屏第一行的第1～32個像素點，結束地址是0xA00895FC，對應顯示屏第480行第637～640個像素點。DSP是32位數據總線，每個地址可存儲32位的像素點。

對于畫圖函數，最基本的莫過于畫點函數，它是其他各種作圖函數的基礎，也是實現各種復雜圖形顯示的基礎。

畫線、畫方框、畫矩形、填充矩形、畫橢圓、填充橢圓、畫圓、填充圓的驅動函數只要基于畫點函數再配合相應的算法即可實現。

對于漢字的顯示，需要加載相應的字庫，系統中的字庫采用16×16點陣的漢字字庫。首先根據漢字的區位碼在字庫中找到相應的點陣數組，然后將點陣數組輸入到相應坐標的顯存緩沖區即可。為提高程序的運行速度，系統中沒有采用標準C庫文件的文件操作方式來讀取字庫數組，而是將字庫文件轉換為數組形式保存在SDRAM中，程序只需根據漢字的區位碼查表即可得到點陣數組，大幅提高了程序的運行速度。

對于圖標和圖像的顯示，首先也要將圖像轉換為相應的點陣數組，再按照要顯示的坐標區域將點陣數組輸入的相應區域即可。

用基本畫圖函數就可實現各種圖形的顯示，在此基礎也可以實現各種復雜圖像的顯示，系統驗證時曾顯示了圖像、正弦波、三角波等較為復雜的動態圖形的顯示，并可以通過鍵盤控制波形頻率的改變，如圖3所示。

4 結束語

人機交互和圖形圖像顯示技術，在需要人機交互系統應用中具有重要現實意義，文中討論了基于DSP+FPGA的圖形顯示控制系統，給出了各部分的設計思想，提供了鍵盤輸入和圖形圖像顯示的功能，可以滿足各種復雜的人機交互和圖形圖像顯示，在實際使用中也得到了驗證。

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