基于FPGA的LED大屏幕控制系統的設計實(shí)現

　　相比于液晶顯示、投影顯示等其他大屏幕顯示技術(shù)，LED顯示技術(shù)有其獨特的優(yōu)越性：高亮度、寬可視角度、豐富的色彩以及可定制的屏幕形狀。這些特點(diǎn)使得LED顯示屏被廣泛應用于工業(yè)、交通、商業(yè)廣告、信息發(fā)布、體育比賽等各個(gè)領(lǐng)域。

　　LED大屏幕控制系統是一個(gè)融合計算機控制技術(shù)、視頻技術(shù)、光電子技術(shù)、通信技術(shù)的綜合系統。當前主流的LED大屏幕控制系統多以FPGA或FPGA結合其他芯片為主控芯片。目前LED大屏幕正朝著(zhù)顯示面積更大、顯示亮度更高、顏色更鮮艷的方向發(fā)展。這些都給LED大屏幕控制系統提出了新的挑戰。

　　本文基于A(yíng)ltera公司的低成本Cyclone II系列芯片EP2CQ208C設計了LED大屏幕控制系統，在傳統的SDRAM緩存技術(shù)上，提出了優(yōu)化的SDRAM乒乓式緩存技術(shù)并詳細闡述了反γ校正、顏色調節、灰度級調節等在FPGA中的實(shí)現。本系統最終實(shí)現了最大1 280×1 024分辨率、最低240 Hz刷新率的超大LED屏幕顯示。同時(shí)可以通過(guò)PC機上軟件對LED屏幕進(jìn)行亮度、對比度、灰度級等參數的靈活調節，得到更加細膩的顯示畫(huà)面。

　　1 系統結構

　　本文所設計的LED大屏幕控制系統結構如圖1所示，整個(gè)系統分為發(fā)送卡和接收卡兩部分。以Altera公司的EP2CQ208C作為主控芯片，DVI數據解碼選用了TI公司的TFP201A(最高支持SXGA)，數據緩存選用了Samsung的K4S643232C，千兆以太網(wǎng)芯片選用了Realtek公司的RTL8212（雙端口千兆物理層芯片）。

　　本系統的數據流分為控制數據和顯示數據?？刂茢祿蒔C機上的軟件發(fā)出，發(fā)送卡的FPGA接收控制數據，判定是控制發(fā)送卡還是控制接收卡的數據，如果是控制接收卡，則通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)送至接收卡。TFP201A從DVI接口解碼出顯示數據后由FPGA緩存入SDRAM，然后在讀出數據時(shí)按照顯示屏要求對數據塊結構作一定調整后再由RTL8212打包發(fā)送至接收卡，接收卡接收顯示數據，然后驅動(dòng)LED顯示屏。

　　本文主要討論系統中的FPGA部分，包括以下三點(diǎn)：

　　(1)對SDRAM乒乓式緩存的優(yōu)化；

　　(2)基于FPGA內部RAM與PC機軟件的反γ校正與灰度級變換；

　　(3)LED顯示屏的亮度、對比度等顏色調節在FPGA中的實(shí)現。