基于FPGA 的立體LED顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。Nios Ⅱ主端口的時(shí)鐘是內(nèi)部總線(xiàn)的時(shí)鐘，本系統(tǒng)采用50 MHz，用流模式傳輸?shù)淖畲髱捘苓_(dá)到100 Mbit/s。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，首先用硬件描述語(yǔ)言寫(xiě)用戶(hù)邏輯，創(chuàng)建Alvalon Slave 接口使之直接和DMA 控制器的主端口相連接， 完成硬件設(shè)計(jì)。再在Nios Ⅱ IDE 環(huán)境下，用C 語(yǔ)言編寫(xiě)DMA 初始化和控制程序，使得流模式的數(shù)據(jù)傳輸在FIFO 與Avalon 總線(xiàn)的接口上，能夠做到無(wú)縫連接。

　　2.3 立體LED 控制器的設(shè)計(jì)：

　　Avalon 流模式LED 控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示，用硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)LED 時(shí)序發(fā)生器， 由于LED 各個(gè)像素點(diǎn)的色彩是以RGB 形式的亮度數(shù)據(jù)用二進(jìn)制數(shù)字方式存儲(chǔ)在SDRAM 中的，使用D/T 轉(zhuǎn)換技術(shù)[5]即亮度時(shí)間轉(zhuǎn)換技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)LED 屏的全彩顯示。筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)專(zhuān)用的函數(shù)f（i），用此函數(shù)即可統(tǒng)一控制各個(gè)像素點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全屏幕所有像素點(diǎn)相互獨(dú)立而又同步的D/T 轉(zhuǎn)換。這里，f（i）作為L(zhǎng)ED_latch 信號(hào)。

圖2 Avalon 流模式LED 控制器結(jié)構(gòu)圖

　　因?yàn)镕IFO 中的數(shù)據(jù)格式是左、右視圖列交叉顯示，因此LED 控制驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)是以列驅(qū)動(dòng)的。LED 時(shí)序發(fā)生器的設(shè)計(jì)如圖3 所示，將立體圖像對(duì)中左、右眼圖像幀每個(gè)像素的數(shù)據(jù)用乒乓開(kāi)關(guān)控制存儲(chǔ)在FIFO 緩存之中，以16 個(gè)列像素點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)為例，F(xiàn)IFO 緩存之中的左、右視頻數(shù)據(jù)分別各連接一個(gè)16 位可預(yù)置移位寄存器，通過(guò)16 個(gè)時(shí)鐘脈沖的移位產(chǎn)生16 個(gè)像數(shù)的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，由片選信號(hào)選擇顯示行數(shù)，由D/T 轉(zhuǎn)換函數(shù)f（i）作為L(zhǎng)ED_latch信號(hào)鎖存，F(xiàn)IFO 緩存的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)8 次移位即可完成1 個(gè)像素的真彩驅(qū)動(dòng)。

圖3 LED 時(shí)序發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　每幀畫(huà)面顯示1 個(gè)立體像素真彩信號(hào)的時(shí)間需要移位8 次， 即250 個(gè)基本周期。如果LED 大屏幕顯示器每秒最多顯示30 幀， 采用1/8 驅(qū)動(dòng)模式和立體像素的1/2時(shí)分復(fù)用， 再考慮選用16 位移位鎖存LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)際要求的時(shí)鐘頻率為2 MHz。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與仿真：

　　軟件設(shè)計(jì)就是利用SoPC Builder 生成軟件文件，用文本編輯器編寫(xiě)匯編語(yǔ)言或C/C++源程序，用GUNPro 將源程序編譯成可執(zhí)行文件， 并通過(guò)下載電纜對(duì)可執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。軟件系統(tǒng)分為兩部分：主程序和中斷服務(wù)程序。主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，其主要功能是：對(duì)于系統(tǒng)中的每一個(gè)微處理器，從設(shè)備都生成一個(gè)定義該設(shè)備地址的頭文件，為軟件開(kāi)發(fā)創(chuàng)建存儲(chǔ)器映射文件。DMA 的操作都通過(guò)中斷服務(wù)程序執(zhí)行，把需要送出的像素信息排成一行順序送出形成數(shù)據(jù)流，借助于Avalon 流模式外設(shè)的設(shè)計(jì)方法， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)Avalon 流模式的LED 控制器。利用DMA 控制器在流模式控制器和SRAM 之間建立一條DMA 傳送通道， 讓硬件來(lái)完成像素信息的自動(dòng)讀取。軟件流程如圖4 所示，部分內(nèi)部時(shí)序仿真如圖5 所示。