基于A(yíng)RM和FPGA的全彩獨立視頻LED系統

目前顯示屏按數據的傳輸方式主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是采用與計算機顯示同一內容的實(shí)時(shí)視頻屏；另一類(lèi)為通過(guò)USB、以太網(wǎng)等通信手段把顯示內容發(fā)給顯示屏的獨立視頻源顯示屏，若采用無(wú)線(xiàn)通信方式，還可以隨時(shí)更新顯示內容，靈活性高。此外，用一套嵌入式系統取代計算機來(lái)提供視頻源，既可以降低成本，又具有很高的可行性和靈活性，易于工程施工。因此，獨立視頻源LED顯示系統的需求越來(lái)越大。

本系統采用ARM+FPGA的架構，充分利用了ARM的超強處理能力和豐富的接口，實(shí)現真正的網(wǎng)絡(luò )遠程操作，因此不僅可以作為一般的LED顯示屏控制器，更可以將各顯示節點(diǎn)組成大型的戶(hù)外廣告傳媒網(wǎng)絡(luò )。而FPGA是一種非常靈活的可編程邏輯器件，可以像軟件一樣編程來(lái)配置，從而可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行靈活而方便的更改和開(kāi)發(fā)，提高了系統效率。

1 獨立視頻LED系統

LED顯示屏的主要性能指標有場(chǎng)掃描頻率、分辨率、灰度級和亮度等。分辨率指的是控制器能控制的LED管的數量，灰度級是對顏色的分辨率，而亮度高則要求每個(gè)灰度級的顯示時(shí)間長(cháng)。顯然，這3個(gè)指標都會(huì )使得場(chǎng)掃描頻率大幅度降低，因此需要在不同的場(chǎng)合對這些指標進(jìn)行適當的 取舍。通?；叶燃?、亮度和場(chǎng)掃描頻率由單個(gè)控制器決定，而分辨率可以通過(guò)控制器陣列的方式得到很大的提高。這樣，每個(gè)控制器的灰度和亮度很好，場(chǎng)掃描頻率也適當，再通過(guò)控制器陣列的形式，實(shí)現大的控制面積，即可實(shí)現顏色細膩的全彩色超大屏幕的LED顯示控制器。

獨立視頻LED系統完全脫離計算機的控制，本身可以實(shí)現通信、視頻播放、數據分發(fā)、掃描控制等功能。為了實(shí)現大屏幕、全彩色、高場(chǎng)頻，本系統采用控制器陣列模式，如圖1所示。

系統可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口(以太網(wǎng)接口)由網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器端更新本地的數據，視頻播放部分則通過(guò)對該數據進(jìn)行解碼，獲得RGB格式的視頻流。再通過(guò)數據分發(fā)單元，將這些數據分別發(fā)送到不同的LED顯示控制器上，控制器將播放單元提供的數據顯示到全彩色大屏幕LED上。

2 通信接口和視頻播放單元

本系統的通信接口和視頻播放部分由ARM+uClinux實(shí)現。ARM(Advanced RISC Machine)是英國ARM公司設計開(kāi)發(fā)的通用32位RISC微處理器體系結構，設計目標是實(shí)現微型化、低功耗、高性能的微處理器。Linux作為一種穩定高效的開(kāi)放源碼式操作系統，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應用，而uClinux則是專(zhuān)門(mén)針對微控制領(lǐng)域而設計的Linux系統，具有可裁減、內核小、完善的網(wǎng)絡(luò )接口協(xié)議和接口、優(yōu)秀的文件系統以及豐富的開(kāi)源資源等優(yōu)點(diǎn)，正被越來(lái)越多的嵌入式系統采納。系統中使用Intel XScale系列的PXA255芯片，與ARM v5TE指令集兼容，沿用了ARM的內存管理、中斷處理等機制，并在此基礎上做了一些擴展，如DMA控制器、LCD控制器等。由于A(yíng)RM9的處理能力有限，目前只用其播放320