一種基于FPGA控制全彩大屏幕顯示的設(shè)計

隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)字顯示屏也隨即涌現(xiàn)出來有LED、LCD、DLP等，各種數(shù)字大屏幕的控制系統(tǒng)多種多樣，有用ARM+FPGA脫機控制系統(tǒng)，也有用PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片聯(lián)機控制系統(tǒng)，在這里我們講述一種不僅可以用于控制全彩LED大屏幕的顯示，而且還可以作為發(fā)送端輸出高清圖像數(shù)據(jù)。采用的聯(lián)機控制系統(tǒng)對全彩LED大屏幕進行控制。即PC+DVI接口解碼芯片+FPGA芯片+輸出接口模式的聯(lián)機控制系統(tǒng)。

DVI接口概述

DVI全稱為Digital Visual Interface，它是基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling，最小化傳輸差分信號）電子協(xié)議作為基本電氣連接。TMDS是一種微分信號機制，可以將像素數(shù)據(jù)編碼，并通過串行連接傳遞。顯卡產(chǎn)生的數(shù)字信號由發(fā)送器按照TMDS協(xié)議編碼后通過TMDS通道發(fā)送給接收器，經(jīng)過解碼送給數(shù)字顯示設(shè)備。

目前的DVI接口分為兩種，一個是DVI-D接口，只能接收數(shù)字信號，接口上只有3排8列共24個針腳，其中右上角的一個針腳為空，不兼容模擬信號。

另外一種則是DVI-I接口，可同時兼容模擬和數(shù)字信號。兼容模擬幸好并不意味著模擬信號的D-Sub接口可以連接在DVI-I接口上，而是必須通過一個轉(zhuǎn)換接頭才能使用，一般采用這種接口的顯卡都會帶有相關(guān)的轉(zhuǎn)換接頭。

本文敘述中用到的接口是DVI-D全數(shù)據(jù)接口。

FPGA控制全彩LED大屏幕系統(tǒng)原理

1 DVI解碼芯片控制原理

圖3輸入部分顯示了FPGA芯片控制解碼芯片控制原理圖，所選的FPGA芯片是Xilinx公司的Spantan_3系列的 X3C1400A-5，該芯片可以實現(xiàn)對DDR_SDRAM最大時鐘為200MHz的控制。在該系統(tǒng)中用到的DVI解碼芯片是TI公司生產(chǎn)的芯片型號為 tfp401的解碼芯片，該芯片通過接收由計算機DVI接口傳輸來的編碼圖像數(shù)據(jù)，輸出到DVI解碼芯片，該芯片將串行數(shù)據(jù)解碼成24位的R（Red）、 G(Green)、B(Blue)三原色并行數(shù)據(jù)，以及行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能和時鐘信號，然后將解碼后的RGB圖像數(shù)據(jù)、行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能和時鐘控制信號送給FPGA芯片，將圖像數(shù)據(jù)緩沖到FPGA芯片的FIFO中，在這里須注意，當(dāng)采集圖像的分辨率很大時，該數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘信號最高可達(dá)到 165MHz，輸出的并行圖像數(shù)據(jù)為24位的數(shù)據(jù)，所以最大帶寬可達(dá)到3.96GHz，在選取外部存儲器是須考慮帶寬的要求。

圖1 DVI-D接口

DDC:Display Data Channel (顯示數(shù)據(jù)通道)----指主機與顯示設(shè)備的通訊方式。基于End-user的即插即用功能的需求，VESA定義了DDC標(biāo)準(zhǔn)。包含 DDC1/DDC2B/DDC2B+等方式。DDC2B是主機與顯示設(shè)備準(zhǔn)雙向通信，基于I2C通信協(xié)議。只有主機向顯示器發(fā)出需求信號，并得到顯示器的響應(yīng)后，才送出EDID資料。EDID:Extended Display Identification Data(外部顯示設(shè)備標(biāo)志數(shù)據(jù))----指DDC通信中傳輸?shù)娘@示設(shè)備數(shù)據(jù)。EDID包含顯示設(shè)備的基本參數(shù)，如制造廠商、產(chǎn)品名稱、最大行場頻、可支持的分辨率等。圖中的E2PROM是一個重要的存儲器，存儲由計算機傳來的制造廠商、產(chǎn)品名稱、最大行場頻、可支持的分辨率等參數(shù)，只有該存儲器工作起來后，DVI接口才可以正常工作，該存儲器顯示數(shù)據(jù)通道為DDC，在這里與DVI接口插上時，該處有個上拉電阻進行指示，計算機會自動將各種參數(shù)輸入到該存儲器，這樣才可以從DVI接口輸出以各種參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)。

圖2 DVI-I接口