LCD контроллер для для игровых автоматов

Задача

Разработать устройство для игровых автоматов, позволяющее выводить информацию на графический экран, обладающее большим количеством последовательных (UART) портов, Ethernet и USB Host 2.0 интерфейсами, имеющее энергонезависимую память и возможность подключения матричной клавиатуры.

Основные функции:

обмен информацией с модулем RCM3000 (для совместного использования с RCM3000);
хранение картинок в энергонезависимой памяти;
вывод данных на LCD дисплей;
обмен с персональным компьютером по USB интерфейсу (при замене RCM3000 новым решением);
наличие Ethernet (при замене RCM3000 новым решением);
возможность подключения матричной клавиатуры.

Решение A

Решение основывается на использовании дополнительного интерфейсного модуля для RCM3000 на базе ПЛИС. Данный модуль будет состоять из FPGA чипа, микросхемы Flash (для хранения графических объектов - рисунков) и RAM (в качестве видеопамяти).

На базе FPGA (рис. 1) будут реализованы:

контроллер интерфейса обмена данными с модулем RCM3000;
контроллер записи/считывания данных во Flash память;
контроллер LCD экрана, контроллер видеопамяти;
контроллер UART (при необходимости).

Конструктивно модуль будет стыковаться с модулем RCM3000, как дополнительная мезонинная плата.

Специализированное решение на базе ПЛИС (как дополнительный модуль к RCM3000)

Рисунок 1. Специализированное решение на базе ПЛИС (как дополнительный модуль к RCM3000)

Технические характеристики

При проектировании устройства должны быть учтены рекомендуемые технические характеристики устройства (см. таблицу 1).

Таблица 1. Технические параметры устройства на базе ПЛИС

Тип кристалла FPGA Spartan 2/3

Объем RAM не менее 256 Кбайт

Объем встроенной Flash 8 Мбайт

Поддерживаемые интерфейсы 4xUART, SPI, LCD

Разрешение LCD 320x240

Рабочий диапазон температур, C 0..+70

Преимущества и недостатки

Преимущества:

использование старых модулей RCM3000;
короткое время разработки;
низкая стоимость разработки;
низкая стоимость модуля;
возможность масштабирования и быстрой модернизации интерфейсного модуля за счет использования FPGA.

Недостатки:

малая гибкость устройства за счет использования старого модуля RCM3000;
малая производительность процессорной платы;
высокие трудозатраты на проектирование ПО;
зависимость от поставщика модулей RCM3000.

Решение B

Предлагается решение, которое заменит модуль RCM3000 другим, более производительным и обеспечит необходимую функциональность (LCD контроллер и т.п.). Также это решение позволит добавить все функции, которые хотелось бы получить в будущем (беспроводные интерфейсы, замена существующих неоптимальных решений, дополнительные пользовательские интерфейсы и т.п.).

Модуль (рис. 2) удовлетворяющий такому решению будет состоять из:

микропроцессора со встроенными Ethernet и LCD контроллерами;
энергонезависимой памяти (Flash);
оперативной памяти (SDRAM/SRAM);
FPGA чипа для реализации на его основе большого числа портов UART, либо микросхемы USB Host контроллера, либо и то и другое по выбору заказчика.

Решение на базе SoC (System-on-Chip) с отказом от использования контроллера RCM3000

Рисунок 2. Решение на базе SoC (System-on-Chip) с отказом от использования контроллера RCM3000

Конструктивно модуль будет состоять из одной платы для последующей установки в проектируемое устройство.

Технические характеристики

При проектировании устройства должны быть учтены рекомендуемые технические характеристики устройства (см. таблицу 2).

Таблица 2. Технические параметры устройства на базе SoC

Производительность микропроцессора, не менее 75МГц

Объем SDRAM, не менее 8Мбайт

Объем встроенной Flash-памяти 16 Мбайт

Поддерживаемые интерфейсы SPI, LCD, Ethernet 10/100 BaseT, 4xUART либо USB Host

Разрешение LCD 320x240

Рабочий диапазон температур, C 0..+70

Преимущества и недостатки решения

Преимущества:

производительность выше, чем у RCM3000;
возможность использования ОС (избавление от рутинного процесса разработки ПО);
возможность переноса (портирования) ПО на различные аппаратные платформы;
дополнительные возможности и интерфейсы;
стоимость модуля ниже, чем стоимость 2-х модулей в решение 1.

Недостатки:

дополнительные временные и финансовые затраты на разработку модуля.

Решение C

Данное решение предлагается, как альтернатива предыдущим 2-м решениям и приводится для сравнения функциональных возможностей. Модуль (рис. 3) будет состоять из:

высокопроизводительного микропроцессора Intel XScale PXA270, либо Intel XScale PXA255;
энергонезависимой памяти (FLASH);
оперативной памяти (SDRAM/SRAM);
Ethernet-контроллера;
USB Host/OTG контроллера (для варианта на базе PXA255).

Решение на базе SoC Intel XScale PXA255/PXA270

Рисунок 3. Решение на базе SoC Intel XScale PXA255/PXA270

Конструктивно модуль будет состоять из одной-двух плат в последующем устанавливаемых в проектируемое устройство.

Технические характеристики

При проектировании устройства должны быть учтены рекомендуемые технические характеристики устройства (см. таблица 3).

Таблица 3. Технические параметры устройства на базе Intel XScale PXA255/PXA270

Производительность микропроцессора, не менее 520МГц(PXA270)/400МГц(PXA255)

Объем SDRAM, не менее 16Мбайт

Объем встроенной Flash 16 Мбайт

Поддерживаемые интерфейсы SPI, LCD, Ethernet 10/100 BaseT, 4xUART, USB Host

Дополнительные интерфейсы AC97, CF/SD/MMC, IrDA, Bluetooth

Разрешение LCD 320x240

Рабочий диапазон температур, C 0..+70

Преимущества и недостатки

Преимущества:

производительность, выше чем у решения 2;
возможность использования ОС (избавление от рутинного процесса разработки ПО);
использование модуля в качестве, как аппаратной платформы для последующих решений;
широкие возможности масштабирования системы;
быстрая разработка новых игр.

Недостатки:

высокая стоимость модуля;
высокая стоимость разработки.