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OptOelektrOnik
low-Cost-lösung
Direct Display Control mit
embedded Mikrocontroller
Der lCD-Controller HD44780, ein langjähriger Defacto-Standard steuerte zeichenorientierte schwarz-weisse – oder
eigentlich meistens grün-graue – Displays und viele kannten seine kommandos im Schlaf. Jetzt ist es so weit: Der
Abschied naht, denn die farbigen tFt kommen und der HD44780 muss anderen Mikrocontrollern weichen.
Die hier vorgestellte TFT-Applikation basiert auf einer Single-Chip-MCU, einem
freien Softwarepackage sowie auf FreeRTOS. Diese Low-Cost-Lösung erlaubt es,
hochqualitative TFT-Displays für eine große Anzahl von kostensensitiven Märkten
anzubieten. In Anwendungen wie z. B.
Kühlschränken, Öfen, Thermostaten, Elektrozähler oder medizinische Anzeigegeräte gewährleistet ein TFT-Display eine einfache Bedienung mit ansprechenden,
visuellen Formaten.
Bildern auf dem Display anzuzeigen. Das
Programm des Entwicklungsboards unterstützt gleichzeitig Vollbild-Animationen auf einem Panel von WQVGA-Größe.
Das GAPI nutzt die Multi-Bus-DMA-Architektur (Direct Memory Access) des
H8S/2456 und ermöglicht, dass mehrere
Aufgaben bei minimalen Kosten simultan
umgesetzt werden können. Die Grafik-API
ist eine Sammlung von Routinen, die die
einfache Erstellung und Bearbeitung von
tFt-Ansteuerung ohne
externen lCD-Controller
Hierfür kombiniert die Direct-DriveTFT-Ansteuerung einen H8S/2456 Mikrocontroller mit einem Graphiksoftwarepackage (GAPI, Graphics API). Das
Softwarepaket beinhaltet Library-Routinen, um jede Form von hochqualitativen
˘ AUtOr
Günter Plechinger,
Marketing Engineer CID
Business Unit, Renesas
Electronics Europe
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Bild 1: Blockschaltbild des H8S/2456RF
(Alle Bilder: Renesas Electronics Europe)
Raster-basierten Abbildern in RAM-Speicher-Frames ermöglichen. Darüber hinaus können diese Speicher-Frames als
Input für die GAPI-Routinen behandelt
werden, beispielsweise für den Aufbau
komplexer, zusammengesetzter Bilder.
Sobald das gewünschte Bild erstellt wurde, kann der Rahmen wie ein Displaypuffer für das TFT-Display verwendet werden.
Dies gilt hier für den TFT Direct Drive Demonstration Code. Diese für Benutzer frei
verfügbare Lösung ist Teil der Direct Drive
Solution und beinhaltet den Zugang zum
Quellcode. Die vorgestellte Lösung ist
allerdings nicht so mächtig wie einige von
Partnern wie Segger oder Altia – somit
ist die GAPI bestens geeignet für viele
Arten von Benutzeroberflächen und als
Evaluierungs-Plattform während des
MCU-Entscheidungsprozesses. Die Wiederverwendung von Quell-Bilddateien
und der Bau von Composite-Bildern
parallel zur Laufzeit, machen die GAPI zu
einem sehr effizienten Werkzeug für die
Erstellung von Grafiklösungen. Weiteres
Plus: Sie passen vollständig in die OnChip-Flash-Speicher der MCU.
elektronik industrie 4 - 2010
Optoelektronik
Direct-Drive-TFT-Betrieb
– fast ohne CPU-Overhead
Der H8S/2456-Mikrocontroller mit hochintegrierten Peripheriemodulen erreicht eine
Geschwindigkeit von 33 MHz, die es ihm
ermöglichen, Real-Time-Aufgaben problemlos zu übernehmen. Die On-Chip-Funktionen
bedienen das TFT-Panel in einer voll-deterministischen Weise. Dabei kommt es virtuell zu keiner Belastung der CPU: Ein externer
LCD-Controller mit Framespeicher ist somit
überflüssig. Die Multi-Bus-Architektur und
der On-Chip exDMA-Controller übernehmen
die Datenübermittlung vom externen
Framebuffer zum TFT-Panel. Die Kontrollsignale werden mithilfe der Timer Pulse Unit
(TPU) mit dem Datentransfer synchronisiert.
Mikrocontroller dieser Leistungsklasse zielen
besonders auf Konsum-Applikationen ab.
Sie eignen sich aber auch gut als sogenannte General-Purpose-Produkte für die verschiedensten industriellen Anwendungen,
Standardgehäuse sind 144-pin oder 120-pin
LQFP. Die H8S/2456-Mikrocontrollerfamilie
verfügt über eine Vielzahl an Kommunikations-Interfaces – zwei I2C-Busse und fünf
serielle SCIs, ausgestattet mit jeweils einer
Smartcard-Option sowie einem SPI-Interface. Überdies ermöglicht die USB-FunktionSchnittstelle die einfache Anbindung von
PC-Systemen. Die hohe Integration von Peripheriemodulen in Kombination mit bis zu
512 KB Flashspeicher erweist sich als äußerst
vorteilhaft. Die pin-kompatiblen Bausteine
Peripheriemodule der H8S/2426 und H8S/2456 Serie
CPU Befehlsausführungszeit
30,3 ns bei 33 MHz/3,3 Volt
Zero-wait state Flash-/ RAM-Größe
Data Flash
256 ... 512 KB Flash/48 ... 64 Kbyte RAM
2 x 4 KB Blöcke
Adressraum
16 MByte (linear)
DMA Controllers
4 x DMA Controller, exDMA Controller, DTC
Timers
TPU 12 Kanäle x 16-Bit
2 x 8-Bit Timer
Watchdog-Timer
Programmierbarer Pattern Controller
16-bit
Serielle Schnittstellen
5 Kanäle async., sync., multi master,
ISO7816-3 Smartcard und IrDA modes,
I2C x 4 Kanäle, SPI x 1 Kanal
USB Function* x 1 Kanal
Analog / Digital Wandler
10-Bit / 2 x 8-Kanäle
Digital / Analog Wandler
8-Bit / 2-Kanal
Externe / Interne Interrupts
29 / 107
I/O Leitungen
Input-only pins: 18, Input/output pins: 96
Sonstiges
SDRAM Interface
Gehäuse
144-pin oder 120-pin LQFP
Tabelle 1: Technische Eigenschaften des H8S/2426 und H8S/2456* Serie
sind in verschiedenen Speichervarianten von
ROMless bis zu 512 KB Flash/48 ... 64 KB RAM
erhältlich. Für die Parameterspeicherung
dient das 8 KB große Data Flash und für Timeraufgaben erweist die 12 Kanal TPU mit
16 Input-Capture-/Output-Compare-Leitungen gute Dienste. Neben den Timerblöcken
(16-bit Timer-TPU, 8-fach 8-Bit TMR und
Watchdog-Timer) komplettieren die 10-Bit
A/D- und 8-Bit D/A-Wandler die Peripheriemodule. Die flexiblen Stromsparmodi ermöglichen einen langen Batteriebetrieb.
Außerdem besitzt dieser Baustein folgende
sechs Power-­Down-Modi: Clock-Division-,
Sleep-, Module-Stop-, All-Module-ClockStop-, Software-Standby- und den Hardware-Standby-Modus (siehe Tabelle 1 und
˘
Bild 1).
Optoelektronik
Bild 2: Darstellung
des H8S Direct Drive
Flexibles Hardwareund Softwarepackage
Als Real-Time-Umgebung für die DirectDrive-TFT-Applikation wurde FreeRTOS
(Open Source) gewählt. Die TFT-Applikation
ist ausgelegt für die Hardware des YLCDRSK2456S-Starterkit. Der H8S/2456 MCU
steht auf dem Starterboard neben dem
64 KByte großen internen RAM, einem externen 16 Mbit SRAM sowie einem 64 Mbit
großen SDRAM zur Verfügung. Das SRAM
ist im 16 MByte großen Adressraum des
H8S/2456 eingeblendet und dient als Video-RAM. Das WQVGA-Display ist über eine
Adapterplatine mit dem Starterboard verbunden und bietet eine Auflösung von
480 x 272 Bildpunkten, bei einer Farbtiefe
von 24 Bit pro Pixel. Der exDMA-Controller
des H8S/2456 kopiert zyklisch alle Daten
für ein Vollbild aus dem SRAM zum TFTPanel, die per Direct Memory Access (via
exDMA) im Hintergrund übertragen werden. Die Applikation selbst wird nur durch
eine kurze Interrupt-Service-Routine des
exDMA-Controllers unterbrochen (Bild 2).
Die detailierte Dokumentation hierzu ist
im Internet aufrufbar oder im YLCDRSK2456S-Starterkit beigefügt.
Starterkits ermöglichen
einen reibungslosen Designstart
Der Renesas E10A-Debugger und die HEWWorkbench stehen als Entwicklungswerkzeuge bereit. Die HEW-Workbench integriert alle notwendigen Tools zum Erstellen
und Debuggen der Software. Die Demo-
applikation wird mit allen nötigen HEWProjekt-Dateien ausgeliefert und trägt so
zur reibungslosen Inbetriebnahme des
Starterboards bei. Die Anzeigen von Hitachi, Kyocera, Sharp oder Optrex sind als
TFT-Panels vorgesehen, für das H8S/2456
TFT-Kit wird ein Sharp WQVGA-TFT-Display
vom Typ LQ043T1DG01 verwendet. Als Grafiklösungen Dritter gibt es beispielsweise
Trial-Versionen von Segger, die für eine
Vielzahl von Mikrocontrollern u. a. im
Internet beziehbar sind. Das Segger
TFT-Softwarepackage besteht aus dem
Betriebssystem embOS und der Grafiksoftware emWin. emWin bietet für jede Applikation, die mit einem Display arbeitet,
ein Prozessor- und Display-unabhängiges
Grafisches User Interface (GUI). emWin ist
kompatibel mit Single-Task- und MultiTask-Umgebungen. Es arbeitet mit proprietären Betriebssystemen – jedoch auch
mit jedem anderen kommerziellen Betriebssystem. emWin bietet dabei ein
Höchstmaß an Flexibilität, da es mit jeder
Displaygröße zusammenarbeitet. Entsprechende H8 USB Driver & Stacks sind von
Thesycon erhältlich.
Die Starterkits bieten einen kostengünstigen und bequemen Kickstart für H8S
oder H8SX-Entwicklungen an. Die Evaluationboards wurden in einem einheitlichen
Format entwickelt. Dies ermöglicht verschiedene Renesas-Architekturen mit einer einheitlichen Software- und Boardplattform zu evaluieren. Zusätzlich teilen
sich diese Boards einen gemeinsamen Applikationsbus, der sicherstellt, dass weitere Zusatzplatinen oder kundenspezifische
Module einfach angeschlossen werden
können. Für die Direct-Drive-TFT-Entwicklung ermöglicht das RSK2456 Evaluationboard mit einem Adaptermodul den einfachen hardwaremäßigen Anschluss des
TFT-Displays (Bild 3). Zusätzlich erleichtert
die enthaltene Software den einfachen
Entwicklungseinstieg. Für Systeme, die
mehr Grafikleistung benötigen, ist das
YLCDRSK1668S Kit erhältlich. Dieses Kit
basiert auf der 32-bit H8SX/1668 MCU mit
50 MHz CPU-Frequenz.
(sb)
˘ infoDIRECT
Bild 3: Für die Direct-Drive-TFT-Entwicklung ermöglicht das RSK2456 Evaluationboard mit einem
Adaptermodul den einfachen hardwaremäßigen Anschluss des TFT-Displays.
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˘ Link zu Renesas
www.elektronik-industrie.de
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