手持设备正变得越来越先进，比以往任何时候都能处理更多的多媒体运用。曩昔的移动运用只能在高端便携式个人电脑(PC)上运转，而现在可以轻松地在个人数字助理(PDA)设备或智能电话设备上运转。很显然，手持产品正在会聚各种才干，使移动电话、PDA、数码相机(DSC)、摄像机和音频/视频个人媒体播放器(PMP)之间的边界越来越含糊。跟着手持式设备越来越杂乱，它们的才干和功用将变得更像PC或笔记本电脑。这些设备在许多情况下也可以运转Windows操作体系的移动版别，运用颜色愈加丰厚的大屏幕高分辨率显现器、高速衔接、很多非易失性存储器和QWERTY键盘，然后有或许使需求带着便携式PC的人数越来越少。这些手持式设备最新供给的一种功用是驱动外置监控显现器、投影仪或电视机的才干。这种才干一般称之为视频图形阵列(VGA)或电视输出功用。估计到2010年一切智能电话中有40%以大将具有实践的电视输出功用。
尽管添加一个比如VGA或电视输出的功用好像就像添加恰当的衔接器那样简略，可是这种添加引发了电源办理、设备互操作性和用户交互方面的许多体系规划应战。本文将首要评论这些问题，而且针对这些技能性体系规划应战提出了依据QuickLogic可编程处理计划渠道的处理计划。
面临的应战
在手持式设备中添加驱动外置显现器的才干需求面临以下一些体系性应战：
电源办理：全速(每秒60帧(fps)VGA或30 fps NTSC)视频需求选用极耗功率的额定元件，例如用于帧缓冲的外部存储设备、图形处理器、视频数模转化器(DAC)和NTSC(国家电视体系委员会)/PAL(逐行倒相)编码器等。这些额定的元件组合起来或许会严峻腐蚀体系的功率预算，然后影响设备的整体能量耗费，也将缩短电池运用时刻。当添加这些元件时，有必要对它们的功率进行恰当的办理，以便在作业时耗费最少的功率，而在不运用时耗费十分少乃至没有功耗。
互操作性：添加外置显现设备的驱动功用和才干后，用户就能将体系衔接就任何区域、任何时代乃至任何品牌的显现器。因而，可以灵敏地匹配大多数全球通用规范的输出视频时序和分辨率就变得十分重要了。此外，手持设备内部自带显现器的时序和分辨率或许无法满意与之外部衔接的显现器要求。因而，VGA或电视输出子体系有必要具有比如帧频转化和视频缩放/裁剪等功用。而且对用户来说，调整由这些功用供给的参数有必要直观和简略办理。
用户交互：除了要求可以方便地办理外置显现子体系外，在运用外置显现器时，用户还有必要可以为设备供给触觉型输入。许多PDA或智能电话设备都有液晶显现(LCD)触摸屏，它是与用户之间的首要接口，当运用外部衔接的显现器时，它有必要不断承受用户的输入。假如触摸传感器矩阵下面的相应显现器不能正常作业，就无法让用户运用LCD触摸屏进行输入。这意味着外置显现器和内部自带显现器有必要一同作业(即一同扫描)。尽管这样好像十分简略，但假如内部和外置显现器在长宽比、视频时序(帧频)和分辨率方面不同的话，这或许是一个极大的应战。
手持式设备实例
鄙人面详细的手持式设备实例中，设备自身选用的是“竖屏”形式的VGA(480×640)分辨率五颜六色有源矩阵LCD显现器。因为它们与设备自身的形状相匹配，而且类似于8?×11的纸张或人像风格相片，因而竖屏显现器(而不是横屏显现器)在手持式设备很常见。高档手持式设备可以依据用户手持设备的方向将图画旋转90度，例如当显现相关于静态图画的视频，或许用户运用一个QWERTY键盘进行输入时。尽管图画可以经过图形处理器轻松旋转90度，可是扫描方向相对自带显现设备是固定的。 
图1：VGA分辨率、扫描方向相反的3:4竖屏和4:3横屏显现器实例。
对一个如图1所示的竖屏LCD显现器来说，在显现器的短边朝向顶部时，LCD的扫描方向是从左至右、从上至下。这是一个长宽比为3:4的屏幕，与典型的4:3(640×480)VGA显现器比较扫描方向差90度。因而如图1所示，需求一个X/Y交流操作以便在两个显现设备上一同显现相同的图画。尽管两种情况下两个显现器之间的帧频(笔直同步)时序或许坚持不变，可是行数和行频(水平同步)时序是不同的。
至于显现器的图画，自带显现器是逐行写入的，外置显现器是一同逐列写入的。因为有必要要一个整帧的行才干组成一个图画列，因而需求运用一个全帧缓冲器才干成功地履行X/Y交流操作。
进一步剖析这个比如，假如自带竖屏VGA LCD显现器有必要确认到60 Hz的帧频，而且要与外部PAL(50 Hz帧频)或NTSC(59.94 Hz帧频)显现器一同一同运用，那么两个显现器之间的帧频(笔直同步)时序也或许不同。
自带显现器和外置显现器帧频的不同意味着X/Y交流图画缓冲器也有必要可以处理不同的写入与读取速率，因而有必要可以习惯不同的像素时钟速率，并能办理(动态丢掉或重用)多个暂时帧缓冲器。
X/Y交流和帧频转化操作有必要实时进行，功耗要尽或许低，尽或许用最少的元件，而且占用尽或许少的PCB面积。一切这些技能要求有必要满意，一同要使资料清单(BOM)本钱最低。
手持式设备实例：QuickLogic处理计划渠道
尽管上述问题将带来十分艰巨的数字规划应战，可是选用嵌入式FIFO、并能与具有不同I/O电压的多种外部高速器材相连的QuickLogic低功率处理计划渠道是十分抱负的处理之道。图2给出了X/Y处理计划的体系框图。
图2： X/Y交流显现子体系处理计划。
这个处理计划挑选了8×8 mm 132焊球BGA封装的QuickLogic PolarPro可编程处理计划渠道。帧缓冲器选用一个单路16倍速移动(1.8 V)SDRAM器材完成。视频编码器功用选用一个Chrontel VGA/NTSC/PAL编码器材完成。整个视频子体系由一个图形处理器驱动，它以相同的数据和时序(480×640分辨率，60 Hz帧频，逐行扫描，RGB565(16位)格局)一同驱动QuickLogic器材和自带竖屏LCD显现器。
图3显现了QuickLogic X/Y交流规划的内部模块。 
图3： X/Y交流规划的模块框图。
QuickLogic PolarPro器材担任以下一些体系功用：
1. X/Y交流操作：这个功用可以依照所完成的寻址计划简略地经过写入和读取外部SDRAM存储器来完成。进来的视频被写入PolarPro器材的输入FIFO，并在输入FIFO中将LCD像素时钟频率与SDRAM时钟频率分脱离。SDRAM时钟频率固定在输入的100 MHz主时钟导出的频率上。数据从输入FIFO读取，并依据输出图画方向以单列逐行办法写入SDRAM存储器。然后再依据输出图画方向以单行逐列办法从SDRAM存储器中读取数据。这个数据将经过输出FIFO送出，并由输出FIFO将SDRAM时钟与电视输出时钟分脱离。输出FIFO直接驱动VGA/NTSC/PAL编码器材。当发生突发操作时，一切SDRAM拜访都将被履行，然后最大化总线功率。
2. 帧频转化：这个功用可办理SDRAM中的多个帧缓冲器，在60Hz输入帧频时，可以使输出帧频在VGA形式时为60Hz,NTSC时为59.94Hz，PAL时为50Hz。尽管VGA/NTSC/PAL编码器芯片可以为这三种输出形式供给一种适宜的像素时钟频率，可是它要求640×480逐行扫描横屏数据以及笔直和水平同步时序兼容所挑选的输出规范。因而在将输出像素时钟作为参阅的条件下，PolarPro器材担任依据所选形式发生输出VSYNC和HSYNC时序。在SDRAM中存储和办理着多个帧缓冲器，因而可以从输入图画正确地构成不同帧频的输出图画。PolarPro器材可以依据输入和输出帧频的时序差异主动确认存储在SDRAM中的帧是丢掉仍是重用。此外，帧频转化是运用规范SDRAM器材和单条16位双向数据总线完成的。办理SDRAM帧缓冲器无需运用双端口、双总线或许“乒乓”器材办法。
3. 电源办理：PolarPro器材内的规划可以有挑选地中止一切显现子体系时钟，并封闭相关的SDRAM器材以节约体系中的电池电量。PolarPro器材自身还具有甚低功耗(VLP)形式，在这个形式下可以指令器材进入一种低功耗停止状况，在作业电压为1.8 V时电流可低至2.2μA。在这种形式下，一切内部寄存器和FIFO位都处于坚持状况，器材可以用体系CPU的指令在250μs以内 “唤醒”。在作业形式下，PolarPro器材在1.8 V时耗费电流小于30 mA，并能履行一切动态操作。
4. 装备：体系中的主CPU依托内部%&&&&&%总线(I2C)与PolarPro FPGA进行通讯。经过这个接口，CPU可以用正确的输出时序和格局对规划进行装备，还可以装备电源办理特性。
5. 电压转化：PolarPro器材最多可供给4个I/O电压域。输入LCD接口、SDRAM接口和电视输出接口都可以在不同的I/O电压下作业。当下降功耗是要害体系方针时这一特性特别重要——移动(1.8 V)SDRAM可一同在该体系中运用，而图形处理器和LCD编码器材还可以作业在更高的I/O电压(＞1.8 V)。
值得注意的是，尽管以上评论的规划可以运用这个详细的特别规划完成办法应对X/Y交流的应战，不过PolarPro渠道自身是可编程的。因而，修正规划以支撑额定的电源办理功用、削减或添加支撑的显现分辨率或许添加规划所支撑的颜色深度都很简略完成。
本文小结
关于带有电视输出功用的手持式设备来说，假如内部自带竖屏显现器预备和外部衔接显现设备完成同步扫描，那么视频子体系规划有必要选用具有X/Y交流操作和帧频转化功用的器材。如上所述，为了正确地处理这个问题，所选的器材有必要耗费十分少的静态和动态功率，包括可以跨时钟域的嵌入式FIFO，并能灵敏地衔接具有各种I/O电压的外部设备。
QuickLogic运用PolarPro可编程处理计划渠道处理了这个体系问题，它耗费的体系功率十分少，可最大极限地削减资料本钱和节约PCB面积。此外，这个规划现在现已可用，并经实践硬件所验证。在快速改变的手持式消费类电子产品规划国际中，上市时刻肯定要害。QuickLogic推出的用于同步显现X/Y交流的可编程处理计划，以及用于衔接处理计划的可编程CPU配套系列器材有助于规划人员和体系集成商向商场更快地推出具有AS%&&&&&%那样低功率特性的产品。
作者：Judd E. Heape
产品运用总监
QuickLogic公司
