LED顯示屏發(fā)送卡設(shè)計

在現(xiàn)有LED顯示屏發(fā)送卡的基礎(chǔ)上，這里設(shè)計了一種無外接存儲體的LED顯示屏發(fā)送卡，如圖1.

圖1 LED顯示屏發(fā)送卡原理圖

該發(fā)送卡由DVI模塊、FPGA控制器、兩路千兆網(wǎng)輸出模塊構(gòu)成。DVl解碼芯片將解碼得到的數(shù)據(jù)和控制信號傳給FPGA控制器，F(xiàn)PGA通過內(nèi)部的RAM 進(jìn)行緩存，并做了更換時鐘域和位寬變換的操作，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)輸出。對分辨率1280×1024，刷新頻率為60Hz的實時視頻源，這里采用垂直分區(qū)的方法，即將滿屏數(shù)據(jù)平均分成兩路千兆網(wǎng)輸出，每一路千兆傳輸640X 1024，如圖2所示。

圖2視頻數(shù)據(jù)分區(qū)圖

實現(xiàn)方法

由圖1的基本框圖看出，該發(fā)送卡的設(shè)計除了搭建好硬件平臺外，最重要的是FPGA控制器內(nèi)部程序的設(shè)計。發(fā)送卡的FPGA控制器內(nèi)部原理框圖如圖3所示。

圖3 FPGA控制器的內(nèi)部原理框圖

FPGA控制器的內(nèi)部邏輯包括數(shù)據(jù)輸入模塊、雙口RAM 及其控制模塊、24bit轉(zhuǎn)8bit模塊、千兆網(wǎng)輸出模塊。數(shù)據(jù)輸入模塊將輸入的DVI信號(包括數(shù)據(jù)、時鐘、使能、行場同步信號)分配給后端的RAM 和RAM 控制模塊，并控制著整個系統(tǒng)的同步;RAM控制模塊控制RAM 的讀寫操作，尤其是對開始寫、寫停、開始讀、讀停這4個狀態(tài)的控制：從RAM 輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后傳輸給千兆網(wǎng)輸出模塊，千兆網(wǎng)輸出模塊則按照一定的網(wǎng)絡(luò)格式將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包輸出 。圖2提到的將數(shù)據(jù)分區(qū)發(fā)送，該方法能夠?qū)M屏數(shù)據(jù)平均分成兩路千兆網(wǎng)輸出。以下就以垂直分區(qū)的方法分析其數(shù)據(jù)流向、時鐘變化和傳輸時間差。對于一路千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)而言，采用1個雙口RAM設(shè)計，RAM 的深度設(shè)置為640，輸入和輸出字長均設(shè)置為24bit，讀寫時鐘和使能分別獨(dú)立，如圖4所示。

圖4一路千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p口RAM 配置

其中，數(shù)據(jù)輸入和寫時鐘分別為DVI解碼芯片解碼后的24bit圖像數(shù)據(jù)DVI-DATA [23：0]和時鐘WRAM_CLK，讀RAM 的時鐘為千兆網(wǎng)時鐘RMll-CLK (125M) 三分頻后得到的時鐘RRAM-CLK(41.66MHz)，這樣，后端再通過一個24bit轉(zhuǎn)8bit模塊即可將數(shù)據(jù)進(jìn)行實時傳輸。

圖5 24bit轉(zhuǎn)8bit模塊

如圖5所示，通過RRAM-CLK(41.66MHz)時鐘從RAM 中讀出一個像素的數(shù)據(jù)，然后再通過3個RMIl-CLK(125M)傳輸給千兆網(wǎng)，即做了一個實時的并串轉(zhuǎn)化。如此流水操作下去，當(dāng)從RAM 中讀完640個像素時，千兆網(wǎng)控制模塊將停止讀RAM操作，等待下一行數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)DVI解碼后的下一行數(shù)據(jù)一旦往RAM 中存儲的時候(至少已經(jīng)往其中存儲了1個像素)，千兆網(wǎng)控制模塊又開始從RAM 中讀取數(shù)據(jù)，如此循環(huán)，直到第1024行數(shù)據(jù)的640個像素數(shù)據(jù)被傳輸完。

在這里，實時傳輸具有如下特點：(1)往RAM中存數(shù)據(jù)和從RAM 中取數(shù)據(jù)同時進(jìn)行;(2)存RAM 的速度快，讀RAM 的速度慢;(3)對寫RAM操作，先把規(guī)定的數(shù)據(jù)存完，用時為t ，然后進(jìn)入等待階段 (t=t1-t2為行周期);對讀RAM 操作，把存好數(shù)通過 的時間傳輸出去，必須滿足t3

標(biāo)準(zhǔn)的分辨率1280 X 1024，刷新頻率為60Hz的行時鐘為64KHz，周期為t=15.625微秒;而從RAM 中讀完半行像素(640個)數(shù)據(jù)的時間是：t3=(1/41.66MHz)X640=15.36微秒。顯然，在一個行周期里，只往外傳出半行的數(shù)據(jù)，傳輸時間差t-t3=265ns>0，且該時間差滿足千兆網(wǎng)傳輸所必需數(shù)據(jù)包間隔。由于寫RAM 的時鐘(108MHz)比讀RAM 的時鐘(41.66MHz)快得多，所以在寫RAM 的同時可以對RAM 進(jìn)行讀操作(至少已經(jīng)往RAM 存儲了1個像素)，邊寫邊讀，實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的實時傳輸。同理，另外一路的千兆網(wǎng)設(shè)計與此相同。