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基于ARM和FPGA的全彩独立视频LED系统

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:383

            引 言     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。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    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    为了方便各模块间的接口,有利于不同时钟域的数据同步,系统的存储器采用两级存储模式,即sdram作为主存储器,而各模块也有相应fifo作为cache。sdram具有容量大、带宽高、价格便宜等优点;但是控制比较复杂,每次读写有多个控制和等待周期。因此为了提高效率,通常采用地址递增的猝发读写方式,而不能像sram那样随时

            引 言     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a255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。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    lcd接口子模块接收a255 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    为了方便各模块间的接口,有利于不同时钟域的数据同步,系统的存储器采用两级存储模式,即sdram作为主存储器,而各模块也有相应fifo作为cache。sdram具有容量大、带宽高、价格便宜等优点;但是控制比较复杂,每次读写有多个控制和等待周期。因此为了提高效率,通常采用地址递增的猝发读写方式,而不能像sram那样随时

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