基于ARM和FPGA的全彩獨立視頻LED系統(tǒng)

目前顯示屏按數(shù)據(jù)的傳輸方式主要有兩類：一類是采用與計算機顯示同一內(nèi)容的實時視頻屏；另一類為通過USB、以太網(wǎng)等通信手段把顯示內(nèi)容發(fā)給顯示屏的獨立視頻源顯示屏，若采用無線通信方式，還可以隨時更新顯示內(nèi)容，靈活性高。此外，用一套嵌入式系統(tǒng)取代計算機來提供視頻源，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的超強處理能力和豐富的接口，實現(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，從而可以實時地進行靈活而方便的更改和開發(fā)，提高了系統(tǒng)效率。

1 獨立視頻LED系統(tǒng)

LED顯示屏的主要性能指標(biāo)有場掃描頻率、分辨率、灰度級和亮度等。分辨率指的是控制器能控制的LED管的數(shù)量，灰度級是對顏色的分辨率，而亮度高則要求每個灰度級的顯示時間長。顯然，這3個指標(biāo)都會使得場掃描頻率大幅度降低，因此需要在不同的場合對這些指標(biāo)進行適當(dāng)?shù)?取舍。通?；叶燃?、亮度和場掃描頻率由單個控制器決定，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，每個控制器的灰度和亮度很好，場掃描頻率也適當(dāng)，再通過控制器陣列的形式，實現(xiàn)大的控制面積，即可實現(xiàn)顏色細(xì)膩的全彩色超大屏幕的LED顯示控制器。

獨立視頻LED系統(tǒng)完全脫離計算機的控制，本身可以實現(xiàn)通信、視頻播放、數(shù)據(jù)分發(fā)、掃描控制等功能。為了實現(xiàn)大屏幕、全彩色、高場頻，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該數(shù)據(jù)進行解碼，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。

2 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實現(xiàn)。ARM(Advanced RISC Machine)是英國ARM公司設(shè)計開發(fā)的通用32位RISC微處理器體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計目標(biāo)是實現(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)，在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，而uClinux則是專門針對微控制領(lǐng)域而設(shè)計的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，正被越來越多的嵌入式系統(tǒng)采納。系統(tǒng)中使用Intel XScale系列的PXA255芯片，與ARM v5TE指令集兼容，沿用了ARM的內(nèi)存管理、中斷處理等機制，并在此基礎(chǔ)上做了一些擴展，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