基于網(wǎng)口傳輸?shù)腖ED同步屏控制系統(tǒng)及其FPGA實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹一種以FPGA為核心，基于網(wǎng)口傳輸的全彩高灰度同步LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中低效高成本的信號采集和傳送方式，改用實(shí)時(shí)采集DVI接口顯示信號、通過網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)，采用高集成度FPGA和大容量SDRAM，采用信號包復(fù)用技術(shù)同步傳送顯示數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)及高效率的灰度切片算法等新技術(shù)，具有成本低、顯示面積大、顯示穩(wěn)定、刷新率高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：DVI；FPGA；百兆網(wǎng)口；同步LED顯示屏控制系統(tǒng)；同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲器；灰度切片算法

LED全彩同步控制系統(tǒng)具有高性能實(shí)時(shí)顯示、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代信息發(fā)布的重要媒體。本設(shè)計(jì)改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采集顯卡VESA信號接口、使用并行多根總線傳送數(shù)據(jù)的方式，改用采集DVI接口、通過網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)，既節(jié)省成本也提高了傳輸效率和傳輸質(zhì)量。另外，該設(shè)計(jì)還采用一系列新技術(shù)，例如使用高集成度FPGA作為主控制模塊、使用大容量SDRAM代替高成本的等容量SRAM、采用信號包復(fù)用技術(shù)同步傳送顯示數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)、采用高效率的灰度切片算法等等。LED同步屏控制系統(tǒng)具有成本低、顯示面積大、顯示穩(wěn)定、刷新率高等特點(diǎn)，是目前市面上非常具有競爭力的顯示控制方案。

1 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，主要由兩部分組成：采樣發(fā)送板(STR)和現(xiàn)場控制板(FRC)。通過大規(guī)模邏輯及其他組件，實(shí)時(shí)同步采集計(jì)算機(jī)輸出的顯示數(shù)據(jù)，通過高速緩存、格式轉(zhuǎn)換后，由大容量傳輸通道傳送到LED顯示屏現(xiàn)場，最終轉(zhuǎn)換成LED掃描控制信號，在LED顯示屏上實(shí)現(xiàn)高清晰的視頻、圖片、文本等節(jié)目內(nèi)容的顯示。

1．1 顯示信號采集
本設(shè)計(jì)從電腦的DVI接口采集高清晰顯示數(shù)據(jù)信號。DVI主要基于轉(zhuǎn)換最小差分信號TMDS(Transition Minimizerl Differential signa-ling)技術(shù)來傳輸數(shù)字信號。TMDS運(yùn)用編碼算法把8 tit(24位色RGB數(shù)據(jù)，每色各8 bit)通過最小轉(zhuǎn)換編碼轉(zhuǎn)換為10 bit數(shù)據(jù)(包含行場同步信息、時(shí)鐘信息、數(shù)據(jù)DE、糾錯(cuò)等)，并在DC平衡后，采用差分信號傳輸數(shù)據(jù)。它比LVDS、TTL具有更好的電磁兼容性能，可用低成本專用電纜實(shí)現(xiàn)長距離、高質(zhì)量數(shù)字信號傳輸。本系統(tǒng)采用專用TFP401A芯片。將計(jì)算機(jī)顯示卡DVI接口輸出的TMDS信號轉(zhuǎn)換成TTL電平的RGB三色分離的數(shù)據(jù)信號。
1．2 顯示數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
DVI接口高速輸入的顯示信號是串行含灰度的數(shù)據(jù)，以24位色數(shù)據(jù)為例，每個(gè)顏色的權(quán)值數(shù)據(jù)為8位，即灰度等級為256級(28)。LED顯示屏上的灰度實(shí)現(xiàn)，是通過控制每一個(gè)LED的點(diǎn)亮?xí)r間即占空比來實(shí)現(xiàn)的，為了更高效的實(shí)現(xiàn)不同的灰度，該設(shè)計(jì)采用全屏幕每個(gè)權(quán)值獨(dú)立顯示的方式，即控制整個(gè)屏幕分別顯示1～8個(gè)權(quán)值的亮度。
整個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程由采集發(fā)送板和現(xiàn)場控制板上的2片F(xiàn)PGA以及數(shù)據(jù)緩存的SDRAM來實(shí)現(xiàn)。通過權(quán)值分離-緩存-分區(qū)提取-數(shù)據(jù)重整等一系列過程，最終得到LED顯示屏的掃描數(shù)據(jù)。