CN117059021B - 基于soc的点阵屏及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于SOC的点阵屏及其驱动方法。本发明所述点阵屏包括驱动电路和显示单元，驱动电路包括系统级芯片、计数器和与门电路；显示单元包括驱动IC；系统级芯片使用多路IO并行输出的能力,并发生数据时钟，根据数据时钟边沿向驱动IC发送显示数据；计数器，进行数据刷新行选择；与门电路用于发生和控制显示时钟；驱动IC接收显示数据，并根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。本发明提供了一种相对折中的点阵屏驱动方案。与MCU驱动方式相比较，成本相当。但刷新率、清晰度、视频帧率方面更为优越；能够在一定范围内适配不同分辨率的点阵屏；可以支持较大的分辨的点阵屏驱动。
Description
技术领域
本发明属于智能车载显示技术领域，具体设计一种基于SOC的点阵屏及其驱动方法。
背景技术
近几年，随着新能源汽车在消费类领域的火热，智能车载设备也得到了广泛应用。
而随着驾驶体验需求的增长，车外的有效交互，获取更多的驾驶乐趣，也成为了智能车载设备发展的重要方向，传统使用如“新手上路”、“车内有孕妇”之类的提示语，一般通过贴纸等方式，不仅给车身带来一定的清洁困难，个性化、定制化、自由切换的体验也不能实现。车载交互屏的出现，有效解决了上述问题。不同于传统车灯，车载交互屏是一种新型的车灯，能显示文字、图案、动画等，为用户提供更有乐趣的驾驶体验。
当前，出于安全和成本考虑，车载交互多采用点阵屏的方式，驱动方式上，一般采用FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或MCU（(MicrocontrollerUnit，单片机），前者优点是具有良好的显示效果，对于不同分辨率的屏幕有较好的适配性，缺点是成本较高，价格比较贵；后者成本较低，价格较为优惠，但显示效果不佳，对不同分辨率的屏幕适配性也不太友好。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在刷新率、清晰度、视频帧率方面具备较好表现，能够在一定范围内适配不同分辨率的点阵屏，同时在成本上有一定优势的的点阵屏驱动方案,具体提供一种基于SOC（系统级芯片）的点阵屏及其驱动方法。
本发明一个方面，提供一种基于SOC的点阵屏，所述点阵屏包括驱动电路和显示单元，所述驱动电路包括：系统级芯片SOC、计数器和与门电路；所述显示单元包括：LED驱动芯片（驱动IC）；
所述系统级芯片SOC， 配置包括修改SOC驱动外设的IO配置，修改多路 IO 输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力，用于显示数据多路IO并行输出；并发生同步时钟；根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；
计数器，配置为进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少并行 IO 的数量要求；
与门电路，配置为用于发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；
所述显示时钟用于驱动 IC 根据其边沿将显示数据对外输出，进而点亮屏幕。而驱动时钟是由 SOC 产生的，故驱动 IC 对外的显示输出受控于 SOC。
如果SOC直接发生时钟，因时钟源上升沿时输出数据，所以时钟源每两个周期才能输出一个周期的数据时钟和显示时钟。相比于这种方式，利用与门电路可以在一个时钟源周期里产生一个周期的数据时钟和显示时钟，即把时钟频率提升2倍，并且可控；同理 SOC端对数据的缓存和处理压力也会减小一半。
所述驱动IC配置为，接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
进一步地，所述点阵屏驱动电路还包括：静态随机存储PSRAM，配置为存储系统级芯片SOC驱动外设的IO配置，所述系统级芯片SOC配置还包括支持直接存储器访问DMA；驱动软件在初始化阶段映射PSRAM 到所输出的并行的IO。
优选地，所述SOC选择为ESP32S3；
进一步地，所述系统级芯片SOC驱动外设的IO配置为16路并行IO输出；所述16路并行IO输出分别用于4路RGB、3路驱动IC控制信号、2路计数器选择；
进一步地，所述4路RGB配置为单路32扫，所述计数器产生5路行信号。
进一步地，所述驱动IC还包括，显示数据缓存，用于缓存SOC输出的显示数据。
本发明第二个方面，一种基于SOC的点阵屏驱动方法，包括以下步骤：
系统级芯片SOC，采用多路IO并行输出显示数据；所述SOC 配置包括修改多路 IO输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力；
系统级芯片SOC并发生同步时钟；根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；
计数器进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少多并行 IO 的数量要求；
与门电路，发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；
驱动IC配置接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
进一步地，所述点阵屏驱动方法还包括以下步骤：驱动软件在初始化阶段映射静态随机存储PSRAM 到所输出的并行的IO。
优选地，所述SOC选择为ESP32S3；
进一步地，所述系统级芯片驱动外设的IO配置为16路并行IO输出；所述16路并行IO输出分别用于4路RGB、3路驱动IC控制信号、2路计数器选择；
进一步地，所述4路RGB配置为单路32扫，所述计数器产生5路行信号。
进一步地，所述点阵屏驱动方法还包括以下步骤：系统级芯片SOC输出显示数据到显示数据缓存。
本发明提供了一种相对折中的点阵屏驱动方案。与 MCU 驱动方式相比较，成本相当。但是，刷新率、清晰度、视频帧率方面更为优越；能够在一定范围内适配不同分辨率的点阵屏；可以支持较大的分辨的点阵屏驱动。
本发明对于 SOC 的选取要求相对宽泛。
本发明的关键技术点:
1、对所选 SOC 的外设修改使用，以满足驱动点阵屏的 IO 的需求，与常规的外设使用方式不同。
2、通过在硬件电路上的设计来降低 SOC 的选取门槛，从硬件上实现点阵屏驱动能力的同时也提升显示效果。
3、通过软件设计上实现点阵屏的驱动同时也提升显示效果。
附图说明
图1为实施例一SOC引脚配置示意图；
图2为实施例一计数器配置示意图；
图3为实施例一与门电路配置示意图；
图4为实施例一软件配置示意图；
图5为实施例一、二的显示数据输出逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例一:本实施例提供一种基于SOC的点阵屏。
所述点阵屏包括驱动电路和显示单元，所述驱动电路包括：系统级芯片SOC、计数器和与门电路；所述显示单元包括：LED驱动芯片（驱动IC）和显示屏；
所述系统级芯片SOC， 配置包括修改SOC驱动外设的IO配置，修改多路 IO 输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力，用于显示数据多路IO并行输出；并发生同步时钟；根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；
本实施例SOC选择为ESP32S3；本实施例SOC引脚配置见图1，SOC 多路 IO 输出外设的使用方式，改为纯粹使用多路 IO 并行输出的能力。ESP32S3 的 LCD 驱动外设具备16路并行 IO 输出能力。只选用他的并行输出功能，对于 LCD 外设本身的一些功能（LCD 模式、YUV-RGB 转换、TOUCH 等），选择不再使用。16路并行 IO 分别用于4路 RGB(RD1、GD1、BD1、RD2、GD2、BD2、RD3、GD3、BD3、RD4、GD4、BD4)、3路驱动 IC 控制信号(LAT、CLK_ctrl、OE_ctrl)、2路计数器行选择(CD_RST、OE_ctrl)。
本实施例中，所述驱动IC还包括一个显示数据缓存，SOC跟数据时钟上升沿将显示数据发送给显示数据缓存。
计数器，配置为进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少多并行 IO 的数量要求。
本实施例中，所用 RGB 驱动 IC 支持32扫显示，即每一路 RGB 可动态刷新32行显示数据。所以需要5路 IO （A、B、C、D、E）来选择本次数据刷新到哪一行。
考虑到 SOC 的 IO 资源问题，使用计数器来做行选择，即有计数器产生5路行信号 （A、B、C、D、E）。而计数器本身只需要两个信号（CD_RST、OE_ctrl）即可，其中 OE_ctrl 是与控制信号复用。再软件控制每次 RGB 数据输出后进行行切换。对于那些数据输出时不需要进行行切换的，如针对驱动 IC 的配置数据，则可以通过 CD_RST 信号来复位计数器，避免对显示产生影响。
每次显示时钟输出后，计数器就加一，计数器会将计数当前值以二进制的方式在输出端体现。以32扫为例，比如当前计数器的值为7（二进制为00111），那计数器A、B、C、D、E对应输出电平分别为高、高、高、低、低。即告诉驱动 IC 现在要显示第7行数据。
实施例选择计数器为CD4024BM96，计数器配置参见图2。
需要说明的是，本发明不限于支持32扫驱动 IC，在显示效果允许的情况下，理论上可以支持64扫、128扫甚至更高，并且支持扫描行数越高，此项技术方案优势更能体现。当然，这个方案也适用于16扫、8扫的驱动 IC。
与门电路，配置为用于发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；
所述显示时钟用于驱动 IC 根据其边沿将显示数据对外输出，进而点亮屏幕，实施例中，驱动IC根据显示时钟的上升沿将显示数据缓存中的显示数据对外输出。而驱动时钟是由 SOC 产生的，故驱动 IC 对外的显示输出受控于 SOC。
如果SOC直接发生时钟，因时钟源上升沿时输出数据，所以时钟源每两个周期才能输出一个周期的数据时钟和显示时钟。相比于这种方式，利用与门电路可以在一个时钟源周期里产生一个周期的数据时钟和显示时钟，即把时钟频率提升2倍，并且可控；同理 SOC端对数据的缓存和处理压力也会减小一半。
具备多路并行输出的能力的 SOC 输出数据时都会有一个同步时钟（如实例中的DCLK），即一个周期输出一次数据。如果利用其中一路并行 IO 来产生一个时钟，那么这个时钟的频率只有 DCLK 的一半。如实例中驱动点阵屏就需要 CLK、OE 两个时钟，利用上述方式产生的 CLK、OE 两个时钟最大频率也只有 DCLK 的一半。
本发明使用与门电路，可以实现最大频率（等于 DCLK）的可控输出。如图3，CLK_ctrl、OE_ctrl 两个信号分别控制 CLK、OE 时钟的有序输出，包括何时输出时钟、输出时钟脉冲数。本技术方案通过提高时钟输出频率，提高显示刷新率。
实施例选择与门电路为74HC2G08DP，与门电路配置参见图3。
静态随机存储PSRAM，配置为存储系统级芯片SOC驱动外设的IO配置，所述SOC配置包括支持直接存储器访问DMA；驱动软件在初始化阶段映射PSRAM 到所输出的并行的IO。
本实施例选用的 SOC 支持 DMA，软件在初始化阶段映射 PSRAM 到所输出的并行的IO。SOC 的内核1负责显示数据的计算、驱动逻辑的控制。这种技术方案可以很好的加速数据输出、减少 SOC 运算需求，能够有效提高显示刷新率和视频显示帧率。本实施例软件配置见图4。
若选用 SOC 支持多核运行，将驱动软件与应用软件分开，提高视频显示帧率。
本实施例所述驱动IC配置为，接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
实施例二:一种基于SOC的点阵屏驱动方法。
该方法包括以下步骤：
S1、驱动软件在初始化阶段映射静态随机存储PSRAM 到所输出的并行的IO。静态随机存储PSRAM，配置为存储LCD外设的IO配置，所述SOC配置包括支持直接存储器访问DMA；
本实施例选用的 SOC 支持 DMA，软件在初始化阶段映射 PSRAM 到所输出的并行的IO。SOC 的内核1负责显示数据的计算、驱动逻辑的控制。这种技术方案可以很好的加速数据输出、减少 SOC 运算需求，能够有效提高显示刷新率和视频显示帧率。本实施例选用SOC 支持多核运行，将驱动软件与应用软件分开，提高视频显示帧率。
完成PSRAM的映射和DMA的初始化后，软件只需要将显示数据和控制信号缓存到PSRAM，DMA会自动把PSRAM缓存的数据（含显示数据和控制信号）输出到并行IO。如显示画面发生变化即显示数据变化了，这里以RGB1的数据变化了为例，软件将变化的显示数据更新到PASRM中，此时DMA将变化后的数据输出到具体的IO，这里指R1、G1、B1。对于其他没有变化的数据（RGB2、RGB3、RGB4、控制信号），DMA仍然保持数据输出到对应的IO。
S2、系统级芯片SOC，采用多路IO并行输出显示数据；所述SOC 配置包括修改多路IO 输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力；
系统级芯片SOC并发生同步时钟；
根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；
所述显示数据存储到显示数据缓存；
实施例SOC选择为ESP32S3；本实施例中，SOC 多路 IO 输出外设的使用方式，此时改为纯粹使用多路 IO 并行输出的能力。
ESP32S3 的 LCD 驱动外设具备16路并行 IO 输出能力。只选用他的并行输出功能，对于 LCD 外设本身的一些功能（LCD 模式、YUV-RGB 转换、TOUCH 等），选择不再使用。16路并行 IO 分别用于4路 RGB(RD1、GD1、BD1、RD2、GD2、BD2、RD3、GD3、BD3、RD4、GD4、BD4)、3路驱动 IC 控制信号(LAT、CLK_ctrl、OE_ctrl)、2路计数器行选择(CD_RST、OE_ctrl)。
S3、计数器进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少多并行 IO 的数量要求；
本实施例中，所用 RGB 驱动 IC 支持32扫显示，即每一路 RGB 可动态刷新32行显示数据。所以需要5路 IO （A、B、C、D、E）来选择本次数据刷新到哪一行。
考虑到 SOC 的 IO 资源问题，使用计数器来做行选择，即有计数器产生5路行信号 （A、B、C、D、E）。而计数器本身只需要两个信号（CD_RST、OE_ctrl）即可，其中 OE_ctrl 是与控制信号复用。由软件控制每次 RGB 数据输出后进行行切换。对于那些数据输出时不需要进行行切换的，如针对驱动 IC 的配置数据，则可以通过 CD_RST 信号来复位计数器，避免对显示产生影响。
需要说明的是，本发明不限于支持32扫驱动 IC，再显示效果允许的情况下，理论上可以支持64扫、128扫甚至更高，并且支持扫描行数越高，此项技术方案优势更能体现。当然，这个方案也适用于16扫、8扫的驱动 IC。
S4、与门电路发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；
具备多路并行输出的能力的 SOC 输出数据时都会有一个同步时钟（如实例中的DCLK），即一个周期输出一次数据。如果利用其中一路并行 IO 来产生一个时钟，那么这个时钟的频率只有 DCLK 的一半。如实例中驱动点阵屏就需要 CLK、OE 两个时钟，利用上述方式产生的 CLK、OE 两个时钟最大频率也只有 DCLK 的一半。
本发明使用与门电路，可以实现最大频率（等于 DCLK）的可控输出。如图3，CLK_ctrl、OE_ctrl 两个信号分别控制 CLK、OE 时钟的有序输出，包括何时输出时钟、输出时钟脉冲数。本技术方案通过提高时钟输出频率，提高显示刷新率。
所述显示时钟用于驱动 IC 根据其边沿将显示数据对外输出，进而点亮屏幕，实施例中，驱动IC根据显示时钟的上升沿将显示数据缓存中的显示数据对外输出。而驱动时钟是由 SOC 产生的，故驱动 IC 对外的显示输出受控于 SOC。
S5、驱动IC接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
以上实施例显示数据输出逻辑流程图见图5
本领域技术人员可以理解，以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于SOC的点阵屏，其特征在于，所述点阵屏包括驱动电路和显示单元，所述驱动电路包括：系统级芯片SOC、计数器和与门电路；所述显示单元包括：驱动IC；
所述系统级芯片SOC， 配置包括修改SOC驱动外设的IO配置，修改多路 IO 输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力，用于显示数据多路IO并行输出；发生同步时钟；根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；所述系统级芯片SOC驱动外设配置为16路并行IO输出；所述16路并行IO输出分别用于4路RGB、3路驱动IC控制信号、2路计数器选择；所述4路RGB配置为单路32扫，所述计数器产生5路行信号；
计数器，配置为进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少多并行 IO 的数量要求；
与门电路，配置为用于发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；所述与门电路使用所述系统级芯片SOC的16路并行IO输出的3路驱动IC控制信号，在一个同步时钟周期里产生一个周期的数据时钟和显示时钟，即把时钟频率提升2倍，并且可控；并将SOC端对数据的缓存和处理压力减小一半；
所述显示时钟用于驱动 IC 根据其边沿将显示数据对外输出，进而点亮屏幕；
所述驱动IC配置为，接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种基于SOC的点阵屏，其特征在于：所述驱动电路还包括：静态随机存储PSRAM，配置为存储系统级芯片SOC驱动外设的IO配置，所述系统级芯片SOC的配置包括支持直接存储器访问DMA；驱动软件在初始化阶段映射PSRAM 到SOC驱动外设的IO。
3.根据权利要求1所述的一种基于SOC的点阵屏，其特征在于：所述SOC选择为ESP32S3。
4.根据权利要求1所述的一种基于SOC的点阵屏，其特征在于：所述驱动IC还包括：显示数据缓存，用于缓存SOC输出的显示数据。
5.一种基于SOC的点阵屏驱动方法，该方法用于权利要求1-4之一所述的点阵屏，其特征在于,包括以下步骤：
系统级芯片SOC发生同步时钟,并采用多路IO并行输出显示数据；所述系统级芯片SOC配置包括修改多路 IO 输出外设的使用方式，改为使用多路 IO 并行输出的能力；根据数据时钟边沿，向驱动IC发送显示数据；所述系统级芯片SOC配置为16路并行IO输出；所述16路并行IO输出分别用于4路RGB、3路驱动IC控制信号、2路计数器选择；
计数器进行数据刷新行选择，即选择当前驱动IC输出的显示数据刷新到哪一行，以减少多并行 IO 的数量要求；
与门电路，发生和控制显示时钟，以控制驱动IC对显示数据的有序输出，提升显示数据输出时钟频率；所述与门电路使用所述系统级芯片SOC的16路并行IO输出的3路驱动IC控制信号，在一个同步时钟周期里产生一个周期的数据时钟和显示时钟，即把时钟频率提升2倍，并且可控；并将SOC端对数据的缓存和处理压力减小一半；
驱动IC配置接收系统级芯片SOC发送的显示数据，根据计数器做出的数据刷新行选择和与门电路发生的显示时钟，向显示屏发送显示信号，点亮显示屏。
6.根据权利要求5所述的一种基于SOC的点阵屏驱动方法，其特征在于,还包括以下步骤：驱动软件在初始化阶段映射静态随机存储PSRAM 到SOC驱动外设的IO。
7.根据权利要求5所述的一种基于SOC的点阵屏驱动方法，其特征在于，所述4路RGB配置为单路32扫，所述计数器产生5路行信号。
8.根据权利要求5所述的一种基于SOC的点阵屏驱动方法，其特征在于,还包括以下步骤：系统级芯片SOC输出显示数据到显示数据缓存。
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