基于FPGA 的立體LED顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)

【摘要】將LED 顯示屏的特點(diǎn)和自由立體顯示的視覺效果相結(jié)合，采用特殊的LED 立體顯示屏，利用片上系統(tǒng)（SoC）和可編程片上系統(tǒng)（SoPC）的設(shè)計(jì)方法，提出立體LED 顯示屏控制系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)方案。在LED 時(shí)序發(fā)生器的設(shè)計(jì)中利用直接內(nèi)存存?。―MA）傳輸技術(shù)，生成隊(duì)畫面數(shù)據(jù)，用改進(jìn)型的D/T 轉(zhuǎn)換技術(shù)控制所有像素點(diǎn)的亮度。結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)借用了立體液晶顯示的解決方法，在LED 顯示屏上實(shí)現(xiàn)了自由立體顯示，保證了屏幕的刷新速率，同時(shí)還降低了立體真彩顯示系統(tǒng)的復(fù)雜性。該設(shè)計(jì)方案能夠保證畫面有效實(shí)時(shí)顯示，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

　　1 引言：

　　LED視頻顯示屏由于亮度高、視角廣、壽命長、功耗低、性價(jià)比高，而且具有可與計(jì)算機(jī)同步顯示各種文字、圖形、圖像，可實(shí)時(shí)播放電視、錄像、影碟等視頻信號(hào)，可即時(shí)輸入、編輯各種多媒體數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，使其在街頭、廣場、商業(yè)中心、運(yùn)動(dòng)場所、娛樂場所、控制中心等許多公共場合得到了廣泛的應(yīng)用。

　　隨著人們對(duì)視覺要求的不斷提高，如何在LED 大屏幕上實(shí)現(xiàn)自由立體顯示成為急待解決的問題。為此，筆者提出了一種新的解決方案，使得在LED 顯示屏上實(shí)現(xiàn)自由立體顯示成為可能，同時(shí)還降低了立體真彩LED 顯示系統(tǒng)的復(fù)雜性。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

　　由自由立體顯示原理可知，要實(shí)現(xiàn)LED 立體顯示除了有立體信號(hào)源，對(duì)外還需要有自由立體LED 顯示屏和控制系統(tǒng)。由于自由立體顯示的一幀畫面需要一對(duì)圖像數(shù)據(jù)，和現(xiàn)有的LED 大屏幕顯示器相比，要達(dá)到同樣的顯示規(guī)模其顯示數(shù)據(jù)量增加一倍，掃描速度也增加一倍，因此選擇Altera 的Nois 結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有嵌入式系統(tǒng)IP 軟核，含有很多接口模塊，包括可配置高速緩存模塊、SDRAM 控制器、DMA、定時(shí)器、協(xié)處理器等。在植入（配置進(jìn)）FPGA 前，用戶可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用QuartusⅡ和SoPC builder，對(duì)Nois 及外圍系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，使該嵌入式系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、資源占用等方面全面滿足用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求。特有的Avalon 總線結(jié)構(gòu)通信接口，使用戶可隨意配置32/16 位總線指令集和數(shù)據(jù)通道。

　　同時(shí)Avalon 的流模式結(jié)構(gòu)還能在沒有CPU 干預(yù)的情況下自動(dòng)按順序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高運(yùn)行速度，因此充分滿足自由立體LED 顯示器對(duì)速度的要求。

　　2.1 LED 立體顯示屏的設(shè)計(jì)：

　　自由立體顯示是基于雙目視差原理實(shí)現(xiàn)的， 有4 種不同格式的圖像源，分別是SS 格式、TB 格式、FS 格式和FrS 格式。SS 格式為左、右視圖列交叉顯示；TB 格式、FS格式為左、右視圖行交叉顯示；FrS 格式為第1 幀奇數(shù)列、第2 幀偶數(shù)列列交叉顯示。對(duì)應(yīng)4 種不同的3D 模式，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式也有所區(qū)別。根據(jù)人類的視覺原理和SS 格式，本設(shè)計(jì)的LED 自由立體顯示屏設(shè)計(jì)成由特殊排列的紅、綠、藍(lán)子像素構(gòu)成，紅、綠、藍(lán)子像素的排列在水平方向上為自左至右均勻間隔排列構(gòu)成一個(gè)水平行，在垂直方向上為紅、綠、藍(lán)子像素各構(gòu)成一個(gè)垂直列，同樣均勻間隔排列。顯示屏上放置一塊光柵板，利用該光柵板保證觀察者通過光柵左眼只能看到顯示單元顯示的左眼圖像，而右眼只能看到顯示單元顯示的右眼圖像，從而獲得不用佩帶眼鏡就可以觀看的自由立體圖像，通過FPGA 控制器驅(qū)動(dòng)顯示自由立體動(dòng)態(tài)圖像。

　　2.2 FPGA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

　　本系統(tǒng)采用可以在線配置Nios 軟核的FPGA 芯片EP1C6QC240C8。系統(tǒng)根據(jù)自由立體LED 的要求利用Avalon 總線配置了32 位CPU 軟核以及ROM，RAM，SRAM，F(xiàn)IFO，SDRAM 和DMA 等片內(nèi)外資源， 用以存儲(chǔ)和快速傳輸數(shù)據(jù)， 同時(shí)還專門設(shè)計(jì)了LED 控制器以實(shí)現(xiàn)自由立體LED 顯示功能。

圖1 FPGA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖