甚于ARM和FPGA的全彩独立视频LED系统

2010-04-24 21:40:35来源: 中电网

      目前,显示屏按数据的传输方式主要有两类:一类是采用与计算机显示同一内容的实时视频屏;另一类为通过 USB、以太网等通信手段把显示内容发给显示屏的独立视频源显示屏,若采用无线通信方式,还可以随时更新显示内容,灵活性高。此外,用一套嵌入式系统取代计算机来提供视频源,既可以降低成本,又具有很高的可行性和灵活性,易于工程施工。因此,独立视频源LED显示系统的需求越来越大。

      本系统采用ARM+FPGA的架构,充分利用了ARM的超强处理能力和丰富的接口,实现真正的网络远程操作,因此不仅可以作为一般的LED显示屏控制器,更可以将各显示节点组成大型的户外广告传媒网络。而FPGA是一种非常灵活的可编程逻辑器件,可以像软件一样编程来配置,从而可以实时地进行灵活而方便的更改和开发,提高了系统效率。

1 独立视频LED系统

  LED显示屏的主要性能指标有场扫描频率、分辨率、灰度级和亮度等。分辨率指的是控制器能控制的LED管的数量,灰度级是对颜色的分辨率,而亮度高则要求每个灰度级的显示时间长。显然,这3个指标都会使得场扫描频率大幅度降低,因此需要在不同的场合对这些指标进行适当的取舍。通常灰度级、亮度和场扫描频率由单个控制器决定,而分辨率可以通过控制器阵列的方式得到很大的提高。这样,每个控制器的灰度和亮度很好,场扫描频率也适当,再通过控制器阵列的形式,实现大的控制面积,即可实现颜色细腻的全彩色超大屏幕的LED显示控制器。独立视频LED系统完全脱离计算机的控制,本身可以实现通信、视频播放、数据分发、扫描控制等功能。为了实现大屏幕、全彩色、高场频,本系统采用控制器阵列模式,如图1所示。

  系统可以通过网络接口(以太网接口)由网络服务器端更新本地的数据,视频播放部分则通过对该数据进行解码,获得RGB格式的视频流。再通过数据分发单元,将这些数据分别发送到不同的LED显示控制器上,控制器将播放单元提供的数据显示到全彩色大屏幕LED上。

2 通信接口和视频播放单元

  本系统的通信接口和视频播放部分由ARM uClinux实现。ARM (ADVANCED RISC Machine)是英国ARM公司设计开发的通用32位RISC微处理器体系结构,设计目标是实现微型化、低功耗、高性能的微处理器。Linux作为一种稳定高效的开放源码式操作系统,在各个领域都得到了广泛的应用,而uClinux则是专门针对微控制领域而设计的Linux系统,具有可裁减、内核小、完善的网络接口协议和接口、优秀的文件系统以及丰富的开源资源等优点,正被越来越多的嵌入式系统采纳。系统中使用INTEL XScale系列的PXA255芯片,与ARM v5TE指令集兼容,沿用了ARM的内存管理、中断处理等机制,并在此基础上做了一些扩展,如DMA控制器、LCD控制器等。由于ARM9的处理能力有限,目前只用其播放320×240像素的视频。

  系统视频播放的数据来自于系统中的SD存储卡(Secure DIGITAL Memory Card)。更新SD卡的数据有两种方式:一种是用计算机更新SD卡的数据;另一种是通过网络接收服务器的数据,直接由ARM更新SD卡。此外,播放器也可以直接播放网络传送的MPEG-4格式数据口由于XScale未提供物理层接口,若想实现网络功能需外接一片物理层芯片。本系统选用SMSC公司的高性能100M以太网控制器LAN9118。

3 视频数据分发

  由于控制器采用阵列模式,因此需要对视频源提供的数据进行分发,将不同行列的数据正确地送入不同的控制器。

3.1 数据分发单元方案

  本系统中的LED控制器灰度级高达3×12位(可显示多达64G种颜色)、控制区域为128×128点。系统播放单元提供的数据为 320×240像素,因此需要分解成6个LED控制器来控制(见图1)。因此,需要将PXA255提供的RGB数据分3组发送到这6块控制器,以FPGA 实现,方案如图2所示。

  LCD接口子模块接收PXA255 LCD接口的数据和控制信号,将这些输入的数据进行逐点校正之后存入SDRAM,然后将该场数据分成3 组,每组128行(最后一组只有64行,为了后面控制板的一致性,此处由总线调度器补零),同时发送,之后由LED显示控制器处理。

3.2 存储器分配和总线调度

  

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关键字:ARM  FPGA  独立视频  LED  显示屏  控制器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2010/0424/article_1543.html
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