CN1645472A - 显示控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一显示控制系统包含以复数个画面框架形成一画面的显示器，以及控制画面框架输入到显示器的控制装置。其中控制装置包括：一显示框架缓冲区包含复数个单元，每一单元储存画面框架之一；一显示控制模块，以一绘制指标指向进行绘制单元之一，及一显示指针指向输出至显示器的单元之一；一屏幕更新模块，控制该显示指针所指向的单元内容输出至该显示器，以进行画面框架更新动作；以及一缓冲区绘制模块，控制该绘制指针所指向的单元进行绘制动作。

Description

显示控制系统及其方法

技术领域

本发明是关于显示控制系统，特别是关于显示框架缓冲区(framebuffer)的显示控制系统与方法。

背景技术

于传统显示控制系统中，所有欲显示于显示器(屏幕)画面上的内容，皆以点阵(bitmap)的方式存在于显示控制系统的内存内，此内存称为显示框架缓冲区(frame buffer)。一般而言在显示框架缓冲区内具有一个以上的框架单元，每个框架单元代表一整个屏幕画面的点阵。当系统于更新其中一个框架单元时，亦即重绘屏幕画面时，会下令屏幕画面的显示内容切换至另一个框架单元。例如当系统绘制一第一框架单元时，屏幕画面上显示一第二框架单元的内容。矣至系统更新完成，即命令上述屏幕画面的显示内容切换至已更新过的框架单元，如上述的第一框架单元。以现代三维图形显示控制系统或视讯引擎皆可提供每秒三十个框架以上的更新率；若屏幕的分辨率不高，则还可能将更新率提高至超过每秒六十个框架的程度。

请参考图1所示，为一具有双重缓冲(double buffer)机制的显示控制系统的示意图。双重缓冲的优点在于可同时显示一缓冲区单元的内容，并且对另一缓冲区单元进行绘制准备；再者，采用双重缓冲的显示控制器可于一缓冲区单元显示完毕，且另一缓冲区单元绘制准备完成后，再进行显示单元交换动作；进而减少屏幕画面闪烁(flicker)、切换跳动(shearing)，与画面撕裂(tearing)的现象发生。然而，双重缓冲的最大缺点是至少需要屏幕点阵两倍大的屏幕缓冲区，对于日益轻薄短小的消费性电子产品而言，将占用较多显示内存。其次，当缓冲区单元已准备绘制完成，但缓冲区单元尚未显示完毕时，系统必须等待缓冲区单元显示完毕，始可对此缓冲区单元进行进一步的绘制准备。据此，某些显示控制器还具备三重缓冲(triple buffer)的机制，使用第三个缓冲区单元进行绘制准备以避免发生上述等待情况。然而，三重缓冲须屏幕画面三倍大的屏幕缓冲区，更增大内存的需求。

综上所述，亟须一方法与装置以节省显示内存的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显示控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种显示控制方法。

为实现上述目的，本发明提供的显示控制系统包含：

一显示器，以复数个画面框架形成一画面；以及

一控制装置，控制该些画面框架输入到该显示器，该控制装置包括：

一显示框架缓冲区，包含复数个单元，每一单元储存该些画面框架之一；

一显示控制模块，以一绘制指标指向欲进行绘制的该些单元之一，及一显示指针指向欲输出至显示器的该些单元之一；

一屏幕更新模块，控制该显示指针所指向的该单元内容输出至该显示器，以进行画面框架更新动作；以及

一缓冲区绘制模块，控制该绘制指针所指向的该单元进行绘制动作。

所述的显示控制系统，其中该显示框架缓冲区的该些单元数目少于该些画面框架数目。

所述的显示控制系统，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的画面框架更新动作先完成。

所述的显示控制系统，其中该些单元为三个，该些画面框架为两个半画面框架构成。

所述的显示控制系统，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的画面框架更新动作先完成。

所述的显示控制系统，其中显示控制模块还包括一半框架指标指向欲绘制的半画面框架，该缓冲区绘制模块将该半框架指标所指向的半画面框架，对该绘制指针所指向的该显示框架缓冲区的该单元进行绘制。

所述的显示控制系统，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的一个半画面框架更新动作慢，但较该屏幕更新模块的二个半画面框架更新动作快。

所述的显示控制系统，其中该显示控制模块发出一屏幕更新命令，使该屏幕更新模块进行画面框架更新动作，以及一缓冲区绘制命令，使该缓冲区绘制模块对该单元进行绘制动作。

本发明提供的显示控制方法，适用于一显示控制系统，该显示系统包括具有复数个画面框架形成一画面的一显示器，以及具有复数个单元的一显示框架缓冲区，其中每一单元储存该些画面框架之一，该方法包含下列步骤：

进行一设定步骤，使至少一单元完成该画面框架绘制；

进行一启始步骤，将完成该画面框架绘制的该单元内容输出至该显示器以进行该画面框架更新动作，同时进行另一单元的画面框架绘制动作；

进行一第一判断步骤，当该画面框架更新动作未完成时，则持续画面框架更新动作，当该画面框架更新动作完成时，且画面框架绘制动作快于画面框架更新动作，则以下一个单元内容进行该画面框架更新动作；以及

当该画面框架更新动作完成时，且画面框架绘制动作慢于画面框架更新动作，则进行一第二判断步骤，当具有完成该画面框架绘制的下一个单元时，则以下一个单元内容进行该画面框架更新动作，当无完成该画面框架绘制的该单元时，则重复上一个该画面框架更新动作。

所述的显示控制方法，其中该显示框架缓冲区的该些单元数目少于该些画面框架数目。

所述的显示控制方法，其中该些单元数目为三个，该些画面框架为两个半画面框架构成。

所述的显示控制方法，其中该设定步骤，是使两个单元完成该画面框架绘制。

所述的显示控制方法，其中该三个单元是依序循环的一第一单元、一第二单元与一第三单元，该第三单元的下一个单元是该第一单元。

附图说明

图1为一具有双重缓冲机制的显示控制器的示意图；

图2A为根据本发明一实施例的一系统的一方块示意图；

图2B为图2A标出的显示控制模块的一流程示意图；

图2C为根据本发明一实施例的一画面更新频率示意图；以及

图2D为根据本发明一实施例的另一画面更新频率示意图。

具体实施方式

参考图2A所示，其为根据本发明一实施例的一显示控制系统200的一方块示意图。此显示控制系统200包含一控制装置210与一显示器260。一般而言，显示控制系统200可包含其它组件，如中央处理器、系统内存或其它输出入组件，缘其简单的故，未示于图2A中。上述显示器260可为液晶、阴极射线管、电浆或其它形式的显示器。其次，此显示器260于显示画面时，具有某一特定的分辨率与更新率，如一般计算机画面常见的分辨率规格为1024×768，一般手持数字助理画面的分辨率规格为200×320等。此显示器260是用以显示连续的复数个画面框架(frame)，在此本发明并非如公知以一个画面框架的内容构成一个完整画面的全部信息，而是以复数个画面框架来形成一显示器的画面。另外，控制装置210则控制上述画面框架输入到显示器260上。

于本实施例中，此控制装置210包含一显示控制模块220、一屏幕更新模块230、一缓冲区绘制模块240与一显示框架缓冲区250。其中，显示框架缓冲区250的内存大小例如为显示器260所需画面的一倍半，亦即此显示框架缓冲区250可储存一倍半的显示器260画面内容，在此我们将显示器260的画面由两个半画面框架来构成；此显示框架缓冲区250可依序均分为三个单元，依序为一第一单元1、一第二单元2与一第三单元3。其中每一个单元的内存系对应可储存一半画面框架。由于显示器260的显示方式均是由上而下逐一扫描更新画面而成，故于本实施例的各单元储存一显示器260画面的上半部或下半部，亦即一上半画面框架或一下半画面框架。

于本实施例中，此显示控制模块220可还包含一显示指针222、一绘制指标224与一半框架指标226。其中，显示指针222用以指示欲显示于显示器260画面的显示框架缓冲区250中任一单元，绘制指针224指示欲绘制于显示框架缓冲区250中任一单元。半框架指标226指向欲绘制的某个半画面框架，例如第一画面框架的下半画面框架或第十画面框架的上半画面框架等。

于本实施例中，屏幕更新模块230接受此显示控制模块220的显示控制命令后，将显示指针222所指示的显示框架缓冲区250中任一单元的内容更新至显示器260，以更新此显示器260的上半部画面框架或下半部画面框架。据此，屏幕更新模块230可得知此显示器260画面更新的进度。

另外显示控制模块220送出一缓冲区绘制命令，使得缓冲区绘制模块240对绘制指针224所指示的显示框架缓冲区250的任一单元进行缓冲区绘制的动作；亦即在此缓冲区绘制模块240根据半框架指标226所指示的某个半画面框架内容，绘制至绘制指针224所指示的显示框架缓冲区250的单元内。于此较佳实施例中，上述显示控制模块220或缓冲区绘制模块240可执行非常复杂的三维处理动作，以减轻中央处理器的计算负荷。或显示控制系统200的其它组件先将绘制画面数据处理完毕，仅透过缓冲区绘制模块240将绘制画面数据复制至显示框架缓冲区250。本发明不限于此三个指针必须位于显示控制模块220中，仅须此控制装置210中包含此三个指针(显示指针222、绘制指标224与半框架指标226)即可。

请参考图2B所示，为图2A显示控制系统200的一流程示意图。首先进行设定步骤304，显示控制模块220以绘制指针224控制显示框架缓冲区250的第一与第二单元的内容进行绘制准备，亦即将属于一第一画面框架上下半部的一第一半画面框架与一第二半画面框架内容分别绘制于上述第一与第二单元内，接着将此绘制指标224指向尚未绘制准备的第三单元，并将此显示指针222指向第一单元，并且将代表将欲绘制的半框架指标226指向一第三半画面框架。于此实施例中，第N+1画面框架紧接续于第N框架之后，每一画面框架可分为两个半画面框架，如上述第一画面框架的上半部为第一半画面框架，上述第一画面框架的下半部为第二半画面框架，上述第二画面框架的上半部为第三半画面框架等，依此类推。

接着进行启始步骤308，此显示控制模块220同时执行两个子步骤：于一显示步骤中，此显示控制模块220发出一屏幕更新命令，令屏幕更新模块230将显示指针222所指向显示框架缓冲区250的其中一个单元内容，即已经完成绘制的半画面框架内容，来更新上述显示器260的画面，亦即更新画面的上半部或下半部；同时于另一绘制步骤中，此显示控制模块220发出一缓冲区绘制命令，令缓冲区绘制模块240对绘制指针224所指向显示框架缓冲区250的其中一个单元进行绘制准备。接着进行步骤312进行一判断步骤，此显示控制模块220判断上述显示步骤是否完成，若显示指针222所指向单元已经完成画面上半部或下半部更新，则进行步骤320，否则进行步骤316。

于步骤316中，此显示控制模块220判断上述绘制步骤是否完成，若上述两个子步骤皆未完成，则此流程回到步骤308，令上述两个子步骤继续执行；若上述绘制步骤已经完成，则此流程将回到步骤312，直到画面更新完毕始可继续进行步骤320。

于步骤320中，此显示控制模块220令显示指针222指向下一个单元后继续执行步骤324。如前已述，三个单元是以第一、第二、第三、第一、第二单元等顺序持续循环。此显示控制模块220于进行步骤324时，将判断上述绘制步骤是否完成，若已完成则执行步骤328，否则执行步骤332。若上述两个子步骤皆已执行完毕，例如绘制动作快于显示(一半画面框架显示更新)动作，则进入到步骤328中，此显示控制模块220令绘制指针224指向下一个单元，并且令半框架指标226指向下一个半画面框架后，便回到启始步骤308，以进行下一个半画面框架的显示循环。

于步骤332中，例如绘制动作慢于于显示(一半画面框架显示更新)动作，此显示控制模块220令屏幕更新模块230将显示指针222所指向单元的内容来更新显示器260的画面，亦即执行显示步骤；于此同时，上述缓冲区绘制模块240依然持续对上述绘制指针所指向显示框架缓冲区250的其中一个单元进行绘制准备。接着执行步骤336，显示控制模块220判断上述步骤332所执行显示步骤是否完成，若画面更新完毕，则进行步骤340，否则将持续进行步骤332，令第二次执行的显示步骤与绘制步骤继续执行。

此显示控制模块220于进行步骤340时，将判断上述绘制步骤是否完成，即是否有完成绘制的单元，若此绘制指针224所指向单元已绘制准备完毕，则进行步骤344，否则执行步骤348。于步骤344中，此显示控制模块220令显示指针222指向下一个单元，绘制指针指向下一个单元，以及令此半框架指标226指向下一个半画面框架后，便回到启始步骤308，进行下一个半画面框架的显示循环。于步骤348中，由于无完成绘制的单元，此显示控制模块220令显示指针指向上一个单元后，便回到启始步骤308，再次执行重复上一个单元的显示步骤，并令尚未完成的绘制步骤继续。

于本实施例中，上述显示步骤与绘制步骤所执行速度将会影响到图2B标出的流程。一般而言，绘制一整个画面框架所需时间必将小于显示更新一整个画面的时间，如此才能实时显示。由于本发明将一个画面框架拆为两半来处理，故绘制一半画面框架所需时间有可能会小于显示更新半个画面的时间，若绘制一半画面框架所需时间稍大于更新半个画面的时间，但小于更新一整个画面的时间，亦可经由适当控制达到实时显示的效果。

请参考图2C，为根据本发明一实施例的一画面更新频率示意图。图2C所示的情况，是当绘制一半画面框架所需时间小于更新半个画面时间的条件下所造成的画面更新频率示意图。当处于图2C示出的一时刻430时，此显示指针222已指向内容已绘制完成的第二单元2，此第二单元2的内容为另一先前时刻425时绘制指标所进行的绘制，即对应到半框架指标226所抓取的一第三画面框架的下半部(3下)，另外在时刻430时半框架指标226则指向一第四画面框架的上半部分(4上)，此绘制指标224则指向第三单元3。

在此我们以图2C对应到图2B部分(步骤308-312-320-324-328)进行说明，当处于上述时刻430时，即开始执行图2B示出的步骤308，同时进行一显示步骤与一绘制步骤。于此显示步骤中，令屏幕更新模块230将显示指针222所指向的第二单元2的内容更新到显示器260的画面，亦即将第二单元内容(即第三画面框架下半部(3下))更新至画面的下半部；于另一绘制步骤中令缓冲区绘制模块240对绘制指针224所指向的第三单元3进行绘制，亦即将半框架指标226所指向的第四画面框架上半部分(4上)绘制至第三单元内。接着流程进行至步骤312，由于图2C所示是绘制一半画面框架所需时间小于更新半个画面时间的情况，换言之，上述绘制步骤将较显示步骤先完成。于此实施例的一范例中，若上述显示步骤未完成而绘制步骤已完成时，则步骤312判断出显示步骤尚未完成，即接着执行步骤316。尔后，因上述绘制步骤已完成，故流程再回到步骤312。于此实施例的另一范例中，若进行步骤312时上述两步骤皆已完成，则接着进行步骤320，将显示指针222由原本所指向的第二单元2转而指向下一单元，亦即第三单元3。于下一步骤324中，因上述绘制步骤已完成，故接着执行步骤328，令上述绘制指标224由原本所指向的第三单元3转而指向下一单元，亦即第一单元1，以及令半框架指标226由原本所指向的第四画面框架的上半部分，指向第四画面框架的下半部分(4下)。当完成以上步骤之后，时序将被推移至另一时刻435，上述流程将再回到步骤308。

如图2C示出的情况，就一整个框架的更新率而言，使用本发明所提供的系统与方法的框架显示更新率与双重缓冲相同；然本发明却可利用较小的显示框架缓冲区来达到相同的更新率，因此降低内存来适用于面积轻薄短小的消费性电子产品。

请参考图2D，为根据本发明一实施例的另一画面更新频率示意图。图2D所示的情况，是当绘制一半画面框架所需时间大于更新半个画面时间但小于更新一整个画面时间的条件下所造成的画面更新频率示意图。当处于图2D示出的一时刻530时，此显示指针222已指向内容已绘制完成的第一单元1，此第一单元1的内容为先前时刻510时绘制指针所指第一单元1，即对应到半框架指标226所指示一第一框架的下半部(1下)，在时刻530下半框架指标226则指向一第二框架的下半部分(2下)，此绘制指标224则指向第三单元3。

在此我们以图2D对应到图2B部分(步骤308-312-320-324-332-336-340-344)进行说明，当处于上述时刻530时，即开始执行图2B示出的步骤308的一显示步骤与一绘制步骤。屏幕更新模块230将显示指针222所指向的第一单元1的内容更新显示器260的画面，亦即将第一单元1内容的第一画面框架下半部更新至画面的下半部；于另一绘制步骤中令上述的缓冲区绘制模块240对绘制指针224所指向的第三单元3进行绘制，亦即将半框架指标226所指向的第二画面框架下半部分绘制至第三单元内。

于图2D示出的第三更新循环的时刻530至一时刻535间，步骤312皆判断出上述的显示步骤尚未完成，即继续执行步骤316。由于图2D所示的情况，是当绘制一半框架所需时间大于更新半个画面时间但小于更新一整个画面时间，故于本范例中，步骤316将判断上述的绘制步骤亦未能完成，故流程回到原步骤308。

当处于时刻535至另一时刻540之间，因上述显示第一单元1的步骤已完成，故步骤3 12结束后将接着执行步骤320，令显示指针222由原先指向的第一单元1转而指向第二单元2，而第二单元2的内容于一先前时刻520所绘制的一第二画面框架的上半部分(2上)。于此范例中，当次一步骤324判断出上述绘制第三单元3的绘制步骤已完成时，则将接着进行步骤328，否则执行步骤332。由于此时绘制时间较长于显示更新时间，所以在步骤324判断出绘制第三单元3于时刻540前的绘制步骤尚未完成，因此进入到步骤332执行显示步骤以及依然进行绘制准备工作；换言之，将令屏幕更新模块230将显示指针222所指向的第二单元2的内容更新于显示器260的画面，亦即将第二单元2内容的第二画面框架上半部(2上)更新至画面的上半部，在时刻540时依然对半框架指标226所指向的第二画面框架下半部分绘制至第三单元3内的绘制步骤。接着于次一步骤336，再度判断显示步骤是否完成，由于图2D所示的情况，是当绘制一半框架所需时间大于更新半个画面时间但小于更新一整个画面时间，故于本范例中，当此步骤336的显示步骤已完成时，接着执行的步骤340将判断出绘制步骤亦已完成。据此，将继续执行步骤344，如图2D所显示时刻540与545之间，将显示指针222由原先所指向的第二单元2转向第三单元3，将绘制指标224由原先所指向的第三单元3转向第一单元1，以及将半框架指标226由第二画面框架下半部(2下)指向一第三画面框架的上半框架(3上)。

本发明并不限定显示器的一画面切割成两个半画面框架所构成，我们亦可由多个画面框架所构成一画面，当然储存画面框架的单元亦不限定于3个，当画面框架绘制速度快于显示(画面框架更新)速度，我们可以控制到储存画面框架的单元数目接近或少于一画面的画面框架数目，反之若画面框架绘制速度慢于显示(画面框架更新)速度时，亦可将原先要画面容量两倍或两倍以上的储存画面框架的单元，降低到容量两倍以下。因此，不论嵌入式系统(embedded system)或单芯片系统(system on chip)采用本发明所提供的装置与方法，则可由内存的减少而减少硬件成本以及减少电力的消耗。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明申请的专利范围内。

Claims (13)

1、一显示控制系统，包含：

一显示器，以复数个画面框架形成一画面；以及

一控制装置，控制该些画面框架输入到该显示器，该控制装置包括：

一显示框架缓冲区，包含复数个单元，每一单元储存该些画面框架之一；

一显示控制模块，以一绘制指标指向欲进行绘制的该些单元之一，及一显示指针指向欲输出至显示器的该些单元之一；

一屏幕更新模块，控制该显示指针所指向的该单元内容输出至该显示器，以进行画面框架更新动作；以及

一缓冲区绘制模块，控制该绘制指针所指向的该单元进行绘制动作。

2.如权利要求1所述的显示控制系统，其特征在于，其中该显示框架缓冲区的该些单元数目少于该些画面框架数目。

3.如权利要求2所述的显示控制系统，其特征在于，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的画面框架更新动作先完成。

4.如权利要求2所述的显示控制系统，其特征在于，其中该些单元为三个，该些画面框架为两个半画面框架构成。

5.如权利要求4所述的显示控制系统，其特征在于，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的画面框架更新动作先完成。

6.如权利要求4所述的显示控制系统，其特征在于，其中显示控制模块还包括一半框架指标指向欲绘制的半画面框架，该缓冲区绘制模块将该半框架指标所指向的半画面框架，对该绘制指针所指向的该显示框架缓冲区的该单元进行绘制。

7.如权利要求4所述的显示控制系统，其特征在于，其中该缓冲区绘制模块于该显示框架缓冲区的绘制动作较该屏幕更新模块的一个半画面框架更新动作慢，但较该屏幕更新模块的二个半画面框架更新动作快。

8.如权利要求1所述的显示控制系统，其特征在于，其中该显示控制模块发出一屏幕更新命令，使该屏幕更新模块进行画面框架更新动作，以及一缓冲区绘制命令，使该缓冲区绘制模块对该单元进行绘制动作。

9.一种显示控制方法，适用于一显示控制系统，该显示系统包括具有复数个画面框架形成一画面的一显示器，以及具有复数个单元的一显示框架缓冲区，其中每一单元储存该些画面框架之一，该方法包含下列步骤：

进行一设定步骤，使至少一单元完成该画面框架绘制；

进行一启始步骤，将完成该画面框架绘制的该单元内容输出至该显示器以进行该画面框架更新动作，同时进行另一单元的画面框架绘制动作；

进行一第一判断步骤，当该画面框架更新动作未完成时，则持续画面框架更新动作，当该画面框架更新动作完成时，且画面框架绘制动作快于画面框架更新动作，则以下一个单元内容进行该画面框架更新动作；以及

当该画面框架更新动作完成时，且画面框架绘制动作慢于画面框架更新动作，则进行一第二判断步骤，当具有完成该画面框架绘制的下一个单元时，则以下一个单元内容进行该画面框架更新动作，当无完成该画面框架绘制的该单元时，则重复上一个该画面框架更新动作。

10.如权利要求9所述的显示控制方法，其特征在于，其中该显示框架缓冲区的该些单元数目少于该些画面框架数目。

11.如权利要求10所述的显示控制方法，其特征在于，其中该些单元数目为三个，该些画面框架为两个半画面框架构成。

12.如权利要求11所述的显示控制方法，其特征在于，其中该设定步骤，是使两个单元完成该画面框架绘制。

13.如权利要求11所述的显示控制方法，其特征在于，其中该三个单元是依序循环的一第一单元、一第二单元与一第三单元，该第三单元的下一个单元是该第一单元。

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