开题报告(陈松涛)-(1)

中 北 大 学 毕业论文开题报告 学学 生生 姓姓 名 名 陈松涛 学学 号 号 1205034228 学学 院 院 仪器与电子学院 专专 业 业 测控技术与仪器 设计设计 论文论文 题题 目目 基于龙芯处理器的 LCD 接口设计 指导教师指导教师 裴焕斗 精品文档 1欢迎下载 2016 年 3 月 1 日 精品文档 2欢迎下载 开题报告填写要求 1 开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的 依据材料之一 此报告应在指导教师指导下 由学生在毕业论文工 作前期内完成 经指导教师审查后生效 2 开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格 式 可从教务处网页上下载 打印 禁止打印在其它纸上后剪贴 完成后应及时交给指导教师签署意见 3 学生写文献综述的参考文献一般应不少于 10 篇 不包括辞 典 手册 文中应用参考文献处应标出文献序号 文后 参考文 献 的书写 应按照国标 GB 7714 87 文后参考文献著录规则 的要求书写 不能有随意性 4 学生的 学号 要写全号 如 0201140102 为 10 位数 不能只写最后 2 位或 1 位数字 5 有关年月日等日期的填写 应当按照国标 GB T 7408 94 数据元和交换格式 信息交换 日期和时间表示法 规定的要 求 一律用阿拉伯数字书写 如 2004 年 3 月 15 日 或 2004 03 15 6 指导教师意见用黑墨水笔工整书写 不得随便涂改或潦草 书写 精品文档 3欢迎下载 毕毕 业业 论论 文文 开开 题题 报报 告告 1 选题依据 1 1 1 1 龙芯龙芯 CUPCUP 龙芯龙芯 的市场前景的市场前景 龙芯是中科院为了解决中国无芯的局面 扭转信息产业核心技术被国外企业控制 的不利形势而独立自主研发出的我国第一款通用 CPU 龙芯的研发成功填补了我国在通 用 CPU 领域的空白 初步扭转了国家信息安全受制于人的不利局面 在技术上 龙芯是一款类 MIPS 架构的通用 CPU 龙芯项目组修改了 MIPS 指令集中 的几乎所有指令 更加符合龙芯定位与应用的需求 但是其中有 4 条指令为 MIPS 的特 殊指令 MIPS 设置该 4 条指令的目的在于收取相应的专利费用 因此没有办法进行修 改 我们也为此向 MIPS 缴纳了该 4 条指令的专利费用 应用上 目前龙芯已经推出了 龙芯一号 龙芯二号系列 龙芯三号中的四核已于 08 年流片成功 但是由于多方面原 因尚未正式发布 其中龙芯一号主要面向嵌入式应用领域 龙芯二号主要应用于个人 计算机 龙芯三号将会主要应用于大型计算机领域 生产上 中科院与意法进行了合 作 授权意法进行龙芯的生产与销售 在国内 龙芯的合作者主要是龙梦科技等 龙芯让人人都用得起电脑 当初龙芯一个研发宗旨是信息化要为广大人群服务 因 此龙芯一直注重在低成本方面的突破 虽然电脑价格越来越低 但是对于广大的中国 市场来说 仍然太贵 特别是农村和西部市场 龙芯电脑的推出为填平数字鸿沟提供 了可能性 有广阔的前景 龙芯处理器的研究现状龙芯处理器的研究现状 处理器设计技术是信息技术领域的核心技术 在社会经济和国家安全领域发挥重要 作用 经过 10 年的不断积累 我国自主研发的龙芯处理器设计已达到国际先进水平 本文全面地回顾了龙芯处理器的历史 介绍了技术路线和其独特的技术优势 2001 年龙芯课题组在中科院计算所成立 2002 年 龙芯课题组发布国内第一款 32 位通用处理器龙芯 1 号 2003 年 发布国内第一款 64 位通用处理器龙芯 2B 继龙芯 2C 2E 在性能上实现了 三级跳式 的增长之后 2008 年龙芯课题组发布产品级芯 片龙芯 2F 实现与 MIPS III 指令兼容 采用 90nm CMOS 工艺 1 0GHz 主频时功耗仅 3 5 瓦 2010 年 发布国内首款多核处理器龙芯 3A 4 核可扩展架构 采用 65nm CMOS 精品文档 4欢迎下载 工艺 1GHz 时功耗小于 15 瓦 从 2006 年开始 龙芯迈出产业化步伐 2006 年 在江苏省常熟市成立江苏龙芯梦 兰科技股份有限公司 龙芯梦兰基于龙芯处理器提供低成本电脑和解决方案 2008 年 北京龙芯中科技术服务中心有限公司在北京成立 致力于龙芯研发成果转化 利用龙 芯技术开发市场适用的 CPU 产品 为下游企业提供基于龙芯 CPU 的解决方案 技术支 持及售后服务 在学术方面 龙芯课题组不断从技术积累和产业实践中汲取灵感 在 IEEE Micro ISSCC HOTCHIPS ISCA HPCA 等国际顶尖期刊会议上发表论文 在产业界和 学术界均赢得了世界声誉 龙芯处理器在提高性能 减少功耗等方面有如下几个核心技术 1 可伸缩的多核互连架构 在单个芯片上集成多个高性能处理器核以及大 量的 2 级 Cache 还通过高速 I O 接口实现多芯片的互连以组成更大规模的系统 2 XPU eXtra Processing Unit 设计 将双浮点部件扩展至 128 项 256 比特 向量部件 每个向量部件可以同时执行 4 个双精度或 8 个单精度浮点乘加运 算 3 X86 模拟 GS464 核定义 200 多条新的指令 可以将 X86 二进制指令平 滑翻 译成 MIPS64 二进制指令 以实现 X86 指令系统至 MIPS64 指令系统的翻 译 4 低功耗设计 精细的微体系结构参数配置实现性能与功耗的完美平衡 使用 静态 CMOS 逻辑 仅对于时序关键逻辑使用动态电路 广泛采用门控时钟技术 最新 的芯片中采用电源关断技术及动态电压频率调节技术以进一步降低功耗 5 可调试设计 提供软硬件硅后调试 十年来 龙芯处理器实现了从单发射到超标量 单核到多核 实验芯片到量产产品 芯片的转变 目前龙芯拥有三个系列的产品 涵盖了广泛的应用领域 龙芯 1 号处理 器及其 IP 系列主要面向嵌入式应用 龙芯 2 号超标量处理器及其 IP 系列主要面向桌 面应用 龙芯 3 号多核处理器系列主要面向高端服务器及高性能机应用 未来 龙芯 仍将致力于研发高集成度的个人计算机以及高通量可扩展的服务器用芯片 支撑国家 信息产业 不断引领信息技术进步 龙芯处理器概述龙芯处理器概述 龙芯处理器是中国人自主研发的计算机处理器 龙芯 1 号已经量产 基于龙芯 1 号 的网络计算机和其它产品也开始面市并得到应用 性能数倍于龙芯 1 号的龙芯 2 号已 精品文档 5欢迎下载 进行首次流片 可以说 龙芯系列无论在产业化方面还是在核心技术突破方面 都一 直保持着快速和稳定的节奏 龙芯一号 CPU 采用 0 18um CMOS 工艺制造 具有良好的低功耗性 平均功耗 0 5 瓦 特 在片内提供了一种特别设计的硬件机制 可以抗御缓冲区溢出类攻击 在硬件上 根本抵制了缓冲溢出类攻击危险 从而大大增加了服务器的安全性 基于龙芯 CPU 的 网络安全设备可以满足国家政府部门 企业机关对于网络与信息系统安全的需求 龙芯 2 号采用 180nm 的 CMOS 工艺制造 片上集成了 1350 万个晶体管 硅片面积 6 2 毫米 6 7 毫米 最高频率为 500MHz 功耗为 3 5 瓦 龙芯 2 号实现了先进的四 发射超标量超流水结构 片内一级指令和数据高速缓存各 64KB 片外二级高速缓存最 多可达 8MB 龙芯 2 号的 SPEC CPU2000 标准测试程序的实测性能是龙芯 1 号的 8 10 倍 基于龙芯 2 号的 Linux PC 系统可以满足绝大多数的桌面应用 1 2LCD1 2LCD 液晶显示屏液晶显示屏 LCDLCD 显示的研究意义和背景显示的研究意义和背景 目前公司的各个产品线均有显示功能需求 从监护产品的参数界面 到超声 放 射影像产品医学图像显示 从血球产品的分析结果 到 MRI 上的控制操作界面 都有 UI 用户界面显示要求 所以显示组件的使用范围极其广泛 早期的显示使用冷阴极射 线管 CRT 进行成像 现在已逐渐被 LCD 液晶显示技术所取代 液晶技术已成为最主要 的一种显示技术被广泛应用 液晶显示屏的英文名称是 Liquid Crystal Display Device 简称 LCD 根据 LCD 所采用的材料构造 可把液晶分为 TN STN TFT 等三大类 而据目前的技术原理又可 以将它们再次分为 TN STN FSTN DSTN TFT 等诸多类别 LCDLCD 的显示的发展历程及研究现状的显示的发展历程及研究现状 液晶的发现是由奥地利植物学家 F Reinetzer 在一百年前完成的 然而长期以来 并未给人类带来多少实用 直到 20 世纪 60 年代 几个年轻的电子学家才打破了沉寂 1961 年 美国 RCA 公司普林斯顿试验室有一个年轻电子学者 F Heimeier 正在准 备博士论文的答辩 他的专业是微波固体元件 他在这方面很有造诣 这天 他的一 个朋友向他讲述了正在从事的有机半导体方面的研究 跨学科的课题引起了他的极大 精品文档 6欢迎下载 兴趣 他征求了导师的意见 在导师的支持 鼓励下 他毅然放弃了学有所成的专业 领域 进入了一个他还知之甚少的新领域 他把电子学方面的知识应用于有机化学 很快便取得了成绩 不久 他对另一个新课题 激光又产生了兴趣 从而又与晶体打 上了交道 为了研究外部电场对晶体内部电场的作用 他想到了液晶 他将两片透明 导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶 当在液晶层的两面施以几伏电压时 液晶层 就由红色变成了透明态 出身于电子学的他立刻意识到这不就是彩色平板电视吗 兴 奋的小组成员与他立即开始了夜以继日的研究 他们相继发现了液晶的动态散射和相 变等一系列液晶的电光效应 并研制成功一系列数字 字符的显示器件 以及液晶显 示的钟表 驾驶台显示器等实用产品 RCA 公司对他们的研究极为重视 一直将其列为 企业的重大机密项目 直到 1968 年 才在一项最新科技成果的广播报导中向世界报导 这一报导立刻引起了日本科技界 工业界的重视 日本将当时正在兴起的大规模集成 电路与液晶相结合 以 个人电子化 市场为导向 很快开发了一系列商品化产品 打开了液晶显示实用化的局面 掌握了主动 致使这一发展势头促成了日本微电子业 的惊人发展 而在美国 RCA 公司中一些生产间部门的领导人一方面局限于传统的半导 体产品 一方面又过分强调了初出茅庐的液晶显示器件的缺点 以市场还未开拓为借 口 极力抵毁液晶显示的产业化 为此 液晶 小组成员开始外流 液晶显示 的专利也被卖出 现代液晶显示模块具有低电压 微功耗 易彩色化 被动显示等特 点 其显示器种类非常繁多 屏幕面积从几平方毫米到近一平方米 液晶显示方式可 分为直视式显示 投影显示及虚拟式显示 因而液晶显示应用几乎覆盖所有显示应用 领域 尽管近几年来 OL ED PDP FED 等显示技术发展很快 呼声很高 但 2002 年 度 SID 会议论文统计表明 液晶显示方面论文仍占整个显示论文的 40 是 OLED 论文 的 4 倍多 20 年内液晶显示的主要应用分为四大类 a 便携式显示 移动电话 PDA 电子书等 b 车载显示 GPS 安全驾驶显示 多媒体显示等 c 计算机显示 笔记本电脑 监视器等 d 家电和办公室显示 电视 互联网络终端 电子报纸等 1990 2010 年平均年增长率为 20 到 2010 年液晶显示器产值将超过 10 兆日元 约 800 亿美元 这些充分说明 液晶显示是主流的显示技术 TFT LCD 是主导的平 板显示技术 LCDLCD 显示屏概述显示屏概述 液晶显示屏的英文名称是 Liquid Crystal Display Device 简称 LCD 根据 LCD 精品文档 7欢迎下载 所采用的材料构造 可把液晶分为 TN STN TFT 等三大类 而据目前的技术原理又可 以将它们再次分为 TN STN FSTN DSTN TFT 等诸多类别 LCD 的特点是体积小 形状薄 重量轻 耗能少 1 10 微瓦 平方厘米 低 发热 工作电压低 1 5 6 伏 无污染 无辐射 无静电感应 尤其是视域宽 显 示信息量大 无闪烁 并能直接与 CMOS 集成电路相匹配 同时还是真正的 平板 式 显示设备 这些特点正在使显示领域从传统 CRT 走向 LCD 在现在流行的应用领域中 LCD 主要是无源矩阵显示器中的双扫描无源阵列彩显 DSTN LCD 俗称伪彩显 和有源矩阵显示器中的薄膜晶体管有源阵列彩显 TFT LCD 俗称真彩显 STN Dual Layer Super Twist Nematic 是指双扫描扭曲向列 意即通过双扫描 方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏 达到完成显示的目的 DSTN 显示屏上每个像素点 的亮度和对比度因不能独立控制 显示效果欠佳 但它结构简单 耗能较少 价格便 宜 DSTN LCD 并非真正的彩色显示器 它只能显示一定的颜色深度 与 CRT 的颜色显示特 性相距较远 因而叫 伪彩显 其工作特点是 扫描屏幕被分为上下两部分 CPU 同 时并行对这两部分进行刷新 双扫描 这样的刷新频率虽然要比单扫描 STN 重绘 整个屏幕快一倍 但当元件的性能不佳时 难免因上下两部分刷新不同步而在屏幕中 央出现模糊水平线 不过 现在采用 DSTN LCD 的机器因 CPU 和 RAM 速率高且性能稳 定 这种不同步现象已经极少见到 又因屏幕上的像素信息是由屏幕左右两侧的晶体 管控制一整行像素来显示 每个像素点不能自身发光 是无源像点 所以反应速度不 快 屏幕刷新后会留下幻影 其对比度和亮度也低 图像要比 CRT 显示器暗得多 由于 DSTN LCD 的对比度和亮度较差 屏幕观察范围较小 色彩不丰富 特别是反应 速度慢 不适于高速全动图像 视频播放等应用 一般只用于文字 表格和静态图像 处理 但因价格相对低廉 耗能较 TFT LCD 少 结构简单 在一些对显示效果要求不 高的地方还较多应用 DFT Thin Film Transistor 是指薄膜晶体管 意即每个液晶像素点都是由集成 在像素点后面的薄膜晶体管来驱动 从而可以做到高速度 高亮度 高对比度显示屏 幕信息 TFT LCD 是目前最好的 LCD 彩色显示设备之一 其效果接近 CRT 显示器 是 现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备 精品文档 8欢迎下载 由于彩色显示器中所需要的像素点数目是黑白显示器的 4 倍 在彩色显示器中像素大 量增加 若仍然采用双扫描形式 屏幕不能正常工作 必须采用有源驱动方式代替无 源扫描方式来激活像素 这样就出现了将薄膜晶体管 TFT 或薄膜二极管 或金属 绝缘体 金属 MIM 等非线性有源元件集成到显示组件中的有源技术 用来驱动每 个像素点 使每个像素都能保持一定电压 达到 100 的占空化 无疑 这将增加设备 的功耗 TFT LCD 的每个像素点都是由集成在自身上的 TFT 来控制 是有源像素点 因此 不但速度可以极大提高 而且对比度和亮度也大大提高了 同时分辨率也达到 了空前程度 所以 TFT LCD 的优点主要是 屏幕反应速度快 对比度和亮度都高 屏幕观察角度大 色彩丰富 分辨率高 在色彩显示性能方面与 CRT 显示器相当 凡 CRT 显示器所能显示的各种信息都能同样显示 在有源矩阵 LCD 中 除了 TFT LCD 外 还有一种黑矩阵 LCD 是当前的高品质显示技术产品 其原理是将有源矩阵技术与特殊 镀膜技术相结合 既可以充分利用 LCD 的有源显示特点 又可以利用特殊镀膜技术 在减少背景光泄漏 增加屏幕黑度 提高对比度的同时 可减小在日常工作中明亮环 境下的眩光现象 Qt 的设计方法 参考文献呢 精品文档 9欢迎下载 毕毕 业业 论论 文文 开开 题题 报报 告告 研究方案 龙芯处理器方案选择龙芯处理器方案选择 龙芯 1C 芯片是基于 LS232 处理器核的高性价比单芯片 系统 可应用于指纹生物 识别 物联传感等领域 1C 包含浮点处理单元 可以有效增强系统浮点数据处理能 力 1C 的内存 接口 支持多种类型的内存 允许灵活的系统设计 支持 8 bit SLC NAND 和 MLC NAND FLASH 提供高容量的存储扩展接口 1C 为开发者提供了丰富的 外设接口及片上模块 包括 Camera 控制器 USB OTG 2 0 及 USB HOST 2 0 接口 AC97 I2S 控制器 LCD 控制器 高速 SPI 接口 全功能 UART 接口等 提供足够的 计算能力和多应用的连接能力 首款搭载龙芯 1C 的开源嵌入式主板 智龙 是首个龙芯用户社区 龙芯俱乐部和 龙芯发起的一款以完全开源方式推广的龙芯嵌入式主板 该主板采用国产龙芯 1C 处理器 配有网口 USB 口 电源 SD 卡插槽和 RTC 时钟 等主要部件 可以运行嵌入式 Linux RT Thread 等操作系统 这是一款为开发者提供 网络通讯 物联网 智能硬件的开发平台 所以 选择搭载龙芯 1C 的开源嵌入式主板 智龙 作为该课题的开发平台 LCDLCD 显示方案选择显示方案选择 LCD 驱动器是 ILI9341 芯片的 TFT 液晶屏 ILI9341 市面较常见 芯片资料易找到 1 ILI9341 特性 1 分辨率 240 x320 2 接口 MCU RGB SP 3 颜色 3 线 SPI 支持 RGB565 16 位 65k colors RGB666 18 位 262k colors RGB565 即红 5 位 绿 6 位 蓝 5 位 ILI9341 芯片的 TFT 液晶屏常见且使用简便 所以 LCD 显示选择 ILI9341 芯片的 TFT 液 晶屏 LCDLCD 驱动方案流程设计驱动方案流程设计 1 查阅龙芯 1c 处理器用户手册 了解其体系架构 2 查阅龙芯 LS1C 集成 LCD 控制器和 SPI 控制器 精品文档 10欢迎下载 3 了解了解龙芯平台的系统设计方法与 QT