LED顯示屏控制系統(tǒng)介紹

LED顯示屏專業(yè)制造商?LED顯示屏專業(yè)制造商?LED顯示屏控制系統(tǒng)介紹LED顯示屏控制系統(tǒng)引言

目前顯示屏按數(shù)據(jù)的傳輸方式主要有兩類：一類是采用與計(jì)算機(jī)顯示同一內(nèi)容的實(shí)時(shí)視頻屏；另一類為通過USB、以太網(wǎng)等通信手段把顯示內(nèi)容發(fā)給顯示屏的獨(dú)立視頻源顯示屏，若采用無線通信方式，還可以隨時(shí)更新顯示內(nèi)容，靈活性高。此外，用一套嵌入式系統(tǒng)取代計(jì)算機(jī)來提供視頻源，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(dú)立視頻源LED顯示系統(tǒng)的需求越來越大。本系統(tǒng)采用ARM+FPGA的架構(gòu)，充分利用了ARM的超強(qiáng)處理能力和豐富的接口，實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)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(jié)點(diǎn)組成大型的戶外廣告?zhèn)髅骄W(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配置，從而可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行靈活而方便的更改和開發(fā)，提高了系統(tǒng)效率。1獨(dú)立視頻LED顯示屏控制系統(tǒng)LED顯示屏的主要性能指標(biāo)有場(chǎng)掃描頻率、分辨率、灰度級(jí)和亮度等。分辨率指的是控制器能控制的LED管的數(shù)量，灰度級(jí)是對(duì)顏色的分辨率，而亮度高則要求每個(gè)灰度級(jí)的顯示時(shí)間長(zhǎng)。顯然，這3個(gè)指標(biāo)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(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)?/p>

取舍。通?；叶燃?jí)、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(dāng)，再通過控制器陣列的形式，實(shí)現(xiàn)大的控制面積，即可實(shí)現(xiàn)顏色細(xì)膩的全彩色超大屏幕的LED顯示控制器。獨(dú)立視頻LED系統(tǒng)完全脫離計(jì)算機(jī)的控制，本身可以實(shí)現(xiàn)通信、視頻播放、數(shù)據(jù)分發(fā)、掃描控制等功能。為了實(shí)現(xiàn)大屏幕、全彩色、高場(chǎng)頻，本系統(tǒng)采用控制器陣列模式，如圖1所示。系統(tǒng)可以通過網(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(shù)據(jù)，視頻播放部分則通過對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲得RGB格式的視頻流。再通過數(shù)據(jù)分發(fā)單元，將這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)顯示到全彩色大屏幕LED上。2LED顯示屏控制系統(tǒng)通信接口和視頻播放單元本系統(tǒng)的通信接口和視頻播放部分由ARM+uClinux實(shí)現(xiàn)。ARM(AdvancedRISCMachine)是英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)開發(fā)的通用32位RISC微處理器體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)微型化、低功耗、高性能的微處理器。Linux作為一種穩(wěn)定高效的開放源碼式操作系統(tǒng)，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，而uClinux則是專門針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的Linux系統(tǒng)，具有可裁減、內(nèi)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(tǒng)以及豐富的開源資源等優(yōu)點(diǎn)，正被越來越多的嵌入式系統(tǒng)采納。系統(tǒng)中使用IntelXScale系列的PXA255芯片，與ARMv5TE指令集兼容，沿用了ARM的內(nèi)存管理、中斷處理等機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上做了一些擴(kuò)展，如DMA控制器、LCD控制器等。由于ARM9的處理能力有限，目前只用其播放320×240像素的視頻。系統(tǒng)視頻播放的數(shù)據(jù)來自于系統(tǒng)中的SD存儲(chǔ)卡(SecureDigitalMemoryCard)。更新SD卡的數(shù)據(jù)有兩種方式：一種是用計(jì)算機(jī)更新SD卡的數(shù)據(jù)；另一種是通過網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)，直接由ARM更新SD卡。此外，播放器也可以直接播放網(wǎng)絡(luò)傳送的MPEG-4格式數(shù)據(jù)。由于XScale未提供物理層接口，若想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能需外接一片物理層芯片。本系統(tǒng)選用SMSC公司的高性能100M以太網(wǎng)控制器LAN9118。3LED顯示屏控制系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)分發(fā)由于控制器采用陣列模式，因此需要對(duì)視頻源提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，將不同行列的數(shù)據(jù)正確地送入不同的控制器。3.1數(shù)據(jù)分發(fā)單元方案本系統(tǒng)中的LED控制器灰度級(jí)高達(dá)3×12位(可顯示多達(dá)64G種顏色)、控制區(qū)域?yàn)?28×128點(diǎn)。系統(tǒng)播放單元提供的數(shù)據(jù)為320×240像素，因此需要分解成6個(gè)LED控制器來控制(見圖1)。因此，需要將PXA255提供的RGB數(shù)據(jù)分3組發(fā)送到這6塊控制器，以FPGA實(shí)現(xiàn)，方案如圖2所示。

LCD接口子模塊接收PXA255LCD接口的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，將這些輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)校正之后存入SDRAM。然后將該場(chǎng)數(shù)據(jù)分成3組，每組128行(最后一組只有64行，為了后面控制板的一致性，此處由總線調(diào)度器補(bǔ)零)，同時(shí)發(fā)送，之后由LED顯示控制器處理。

3.2存儲(chǔ)器分配和總線調(diào)度為了方便各模塊間的接口，有利于不同時(shí)鐘域的數(shù)據(jù)同步，系統(tǒng)的存儲(chǔ)器采用兩級(jí)存儲(chǔ)模式，即SDRAM作為主存儲(chǔ)器，而各模塊也有相應(yīng)FIFO作為Cache。SDRAM具有容量大、帶寬高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)；但是控制比較復(fù)雜，每次讀寫有多個(gè)控制和等待周期。因此為了提高效率，通常采用地址遞增的猝發(fā)讀寫方式，而不能像SRAM那樣隨時(shí)讀取任意地址的數(shù)據(jù)。本方案采用完全動(dòng)態(tài)的內(nèi)存分配機(jī)制，即每個(gè)模塊請(qǐng)求時(shí)，如果不是同一場(chǎng)數(shù)據(jù)，則可以分配到一塊新的內(nèi)存，而一旦該內(nèi)存的數(shù)據(jù)不再有效，則釋放這塊內(nèi)存。這樣，每塊內(nèi)存都有自己的屬性，標(biāo)志是使用中的內(nèi)存，還是空閑內(nèi)存，以及當(dāng)前內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是否在等待被使用的隊(duì)列中，因此內(nèi)存需要分成3塊。其中一塊存儲(chǔ)逐點(diǎn)校正參數(shù)，一塊存儲(chǔ)當(dāng)前場(chǎng)數(shù)據(jù)，另一塊存儲(chǔ)上一場(chǎng)數(shù)據(jù)(即正控制器的架構(gòu)與數(shù)據(jù)分發(fā)類似，也采用二級(jí)存儲(chǔ)模式，主要有數(shù)據(jù)接收、Gamma校正和交織、掃描控制輸出以及總線調(diào)度和SDRAM控制四部分。4.1存儲(chǔ)器分配和總線調(diào)度由于數(shù)據(jù)輸入場(chǎng)頻與LED掃描場(chǎng)頻通常不能成整數(shù)倍關(guān)系，可能出現(xiàn)輸入一場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)束，該場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果(Gamma校正和交織后)需要寫入SDRAM，而此時(shí)掃描一場(chǎng)沒有結(jié)束，即正在讀的那個(gè)區(qū)域不能覆蓋，而上一場(chǎng)的數(shù)據(jù)還沒有顯示也不能覆蓋，因此交織地寫入(即掃描的讀出)需要開辟三塊分區(qū)?？偩€仲裁算法為：控制輸出模塊和寫入模塊采用先來先得的算法，而校正和交織過程的讀寫，則優(yōu)先級(jí)最低，可以在前面二者申請(qǐng)時(shí)被掛起，只有當(dāng)前二者不再需要總線時(shí)，才可以分配到總線的使用權(quán)。4.2數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收單元除了需要同步判決、串并轉(zhuǎn)換之外，還要確定一行中哪些數(shù)據(jù)需要本控制器處理?？刂破鹘厝∶啃兄械?28*ID～128*(ID+1)-1列的數(shù)據(jù)，同時(shí)將ID號(hào)加1，其他數(shù)據(jù)原樣輸出，送給下一級(jí)控制器。這樣的控制方法比常用的撥碼開關(guān)法更加靈活可靠。

4.3Gamma校正和交織Gamma校正可以使LED顯示效果更接近于人眼的生理特性，而且由于PXA255輸出的是8位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要將其校正為12位，大大提高了顯示的對(duì)比度。由于LED顯示控制器采用逐位顯示的方法，輸入的數(shù)據(jù)與輸出到LED顯示屏上的數(shù)據(jù)組織形式不一樣：前者按像素點(diǎn)排列，而后者則按像素?cái)?shù)值的不同位數(shù)組織。4.4控制輸出12位數(shù)據(jù)顯示的時(shí)間分別為(64、32、16、8、4、2、1、1／2、1／4、1／8、1／16、1／32)*128*Tsclk，其中Tsclk為串行移位時(shí)鐘。交織之后，不同權(quán)重的數(shù)據(jù)顯示信號(hào)顯示有效時(shí)間不同，即可達(dá)到顯示的效果?？偩€調(diào)度器將交織后的數(shù)據(jù)寫入本模塊的FIFO。由模塊內(nèi)部生成讀取該FIFO的控制信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。模塊內(nèi)需要對(duì)移位個(gè)數(shù)及權(quán)重進(jìn)行計(jì)數(shù)，以決定發(fā)出鎖存信號(hào)及顯示信號(hào)的有效時(shí)間。5結(jié)論實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)亮度合適，使用分辨率細(xì)膩(64G色)，場(chǎng)掃描頻率高(約400Hz)，像素高(320×240點(diǎn))，可用于戶外廣播級(jí)應(yīng)用。該設(shè)

計(jì)通過逐點(diǎn)調(diào)節(jié)亮度，從而可以使采購廠商放寬LED在亮度和顏色方面的要求，LED采購的成本也隨之降低，從8位增至12位使圖像的顏色等級(jí)大大增加，特別在低亮度區(qū)可使圖像完美再現(xiàn)，而Gamma校正則使LED顯示屏所進(jìn)行的亮度變換更符合人眼的生理特點(diǎn)。此外，除接收來自ARM的信號(hào)外，還可通過HDMI接口接收來自機(jī)頂盒的數(shù)據(jù)信號(hào)，有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向高端延伸，2009年下半年及今后一段時(shí)期，深圳市將完善八大產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。這八大產(chǎn)業(yè)鏈包括通信產(chǎn)業(yè)鏈、計(jì)算機(jī)及外設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈、軟件產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)字視聽產(chǎn)業(yè)鏈、集成電路產(chǎn)業(yè)鏈、新型平板顯示產(chǎn)業(yè)鏈、第三代移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈以及LED產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)了解，在完善LED產(chǎn)業(yè)鏈方面，將重點(diǎn)發(fā)展