基于DSP的LED大屏幕顯示系統(tǒng)

目前采用的LED大屏幕顯示系統(tǒng)的控制電路，大多由單個(gè)或多個(gè)CPU及復(fù)雜的外圍電路組成，這種電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)編程比較復(fù)雜，整個(gè)電路的調(diào)試比較麻煩，可靠性和實(shí)時(shí)性很難得到保證。針對(duì)這種情況，提出一種SD卡存儲(chǔ)顯示文件，由TMS320LF2407A和EPM240配合完成的大屏幕設(shè)計(jì)方案，使得動(dòng)畫(huà)的變換和處理與屏幕的顯示控制完全分離，各模塊任務(wù)分明，功能完善，充分發(fā)揮了DSP以及CPLD各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高性能的無(wú)閃爍顯示。

1 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心處理器采用TMS320LF2407A，外部擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)接口芯片RTL8019AS、SD卡和雙口RAM芯片。本系統(tǒng)中，DSP主要發(fā)揮其邏輯運(yùn)算處理能力；網(wǎng)絡(luò)通信接收文件功能、圖形文字變換功能以及文件的讀取保存功能都由TMS320LF2407A完成；而CPLD芯片EPM240的功能較單一，只負(fù)責(zé)從雙口RAM中獲得將要顯示的數(shù)據(jù)，批量讀取并送入由多個(gè)74LS595驅(qū)動(dòng)的LED點(diǎn)陣陣列。換言之，EPM240負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新屏幕顯示，保證刷新速度而不產(chǎn)生閃爍感覺(jué)（即刷新頻率要達(dá)到100 Hz以上）。

　　 本系統(tǒng)主要分為3個(gè)功能模塊：

(1)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送部分。PC機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)將需顯示的數(shù)據(jù)（可能是屏幕截圖數(shù)據(jù)，也可能是文本文件等）以UDP數(shù)據(jù)報(bào)的形式發(fā)往本系統(tǒng)，RTL8019AS會(huì)自動(dòng)將不是發(fā)往本地IP地址的數(shù)據(jù)包丟棄，主程序中查詢RTL8019AS接收到新的數(shù)據(jù)包并讀取入SD卡文件緩沖區(qū)，緩沖區(qū)填滿時(shí)以文件形式寫(xiě)入SD卡FAT32文件系統(tǒng)中。

(2)DSP動(dòng)畫(huà)變換算法實(shí)現(xiàn)部分。TMS320LF2407A具有32 KB的外部RAM空間，圖1中所示的雙口RAM被擴(kuò)展至此空間。首先DSP將這32 KB空間劃分成2個(gè)區(qū)域（各16 KB），分別用作邏輯運(yùn)算區(qū)和顯示內(nèi)存區(qū)（都在雙口RAM中）。DSP讀取SD卡中將要顯示的文件數(shù)據(jù)并將其送入邏輯運(yùn)算區(qū)，根據(jù)畫(huà)面所需的動(dòng)畫(huà)要求做相應(yīng)變換，變換后的點(diǎn)陣直接填充顯示內(nèi)存區(qū)，以便CPLD從該區(qū)讀取顯示數(shù)據(jù)。

(3)CPLD顯示圖形的刷新。利用CPLD速度快的特點(diǎn)，將顯示內(nèi)存區(qū)中的數(shù)據(jù)快速讀入并發(fā)送給74LS595驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展的LED陣列，由于功能的單一性，使顯示具有很高的刷新速度，無(wú)閃爍等現(xiàn)象。

2 EPM240的主要任務(wù)

EPM240需從雙口RAM的顯示內(nèi)存區(qū)中讀入數(shù)據(jù)，所以在硬件電路上必須將雙口RAM的一個(gè)端口與EPM240連接，在用VHDL語(yǔ)言描述電路時(shí)，采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)EPM240對(duì)雙口RAM的控制與數(shù)據(jù)的讀取。由于雙口RAM的2個(gè)端口都可能同時(shí)對(duì)同一個(gè)單元操作，因此必須將雙口RAM的BUSY引腳分別接至DSP和EPM240上，一邊操作時(shí)，另一邊必須等待操作結(jié)束，否則可能會(huì)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。DSP在操作顯示內(nèi)存區(qū)時(shí)，采用逆序地址方向（地址從大到?。鳨PM240采用正序地址方向操作，這樣做的好處是修改一幅圖像時(shí)，最大可能地避免發(fā)生同時(shí)操作同一單元的現(xiàn)象。

除了完成與雙口RAM接口的工作外，EPM240還必須將讀入的字節(jié)不斷地發(fā)送給74LS595刷新硬件顯示，只要采用VHDL語(yǔ)言描述出SPI總線接口協(xié)議即可。簡(jiǎn)而言之，CPLD在本系統(tǒng)中起數(shù)據(jù)的搬運(yùn)作用（顯示內(nèi)存區(qū)—>EPM240—>LED顯示）。

3 DSP實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)畫(huà)變換

常見(jiàn)的動(dòng)畫(huà)處理包括左右平移、上下平移、連續(xù)拉幕、扇入扇出等。基于上面提出的雙緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)模式，使得動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)變得清晰易行。動(dòng)畫(huà)變化原理如圖2所示。

圖2中假設(shè)用戶采用的實(shí)際屏幕寬度為Width點(diǎn)，高度為Height點(diǎn)。算法的基本思想是假想有個(gè)和實(shí)際屏幕大小一致的視窗存在，并可根據(jù)需要按一定規(guī)律在邏輯運(yùn)算區(qū)內(nèi)移動(dòng)。即落在視窗內(nèi)的部分才能被實(shí)際屏幕顯示（被送入顯示內(nèi)存區(qū)）。

例如，要實(shí)現(xiàn)圖像的左右平移操作，實(shí)現(xiàn)算法前，需將顯示文件的原始數(shù)據(jù)載入邏輯運(yùn)算區(qū)，然后復(fù)位視窗的偏移坐標(biāo)(OffX，OffY)為(0，0)，每隔用戶設(shè)定的時(shí)間間隔后，調(diào)整左右偏移量OffX累加SpeedDot（動(dòng)畫(huà)速度，用戶設(shè)定），再將落入視窗內(nèi)的數(shù)據(jù)部分映射到顯示內(nèi)存區(qū)中，由EPM240負(fù)責(zé)刷新顯示。當(dāng)OffX累加到達(dá)到Width時(shí)動(dòng)畫(huà)結(jié)束，此時(shí)可以將下一幅圖像文件原始數(shù)據(jù)載入邏輯運(yùn)算區(qū)進(jìn)行類似的動(dòng)畫(huà)操作。再例如實(shí)現(xiàn)圖像從右下角逐漸飛入屏幕，可將(OffX，OffY)初始設(shè)置成(-Width， -Height)，顯然此時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)落入視窗，之后每隔時(shí)間間隔后，再進(jìn)行如下映射操作即可：

　　OffX+=SpeedDot;
OffY+=SpeedDot*((float)Height/Width)；

4 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

RTL8019AS和TMS320LF2407A間的連接如圖3所示。采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以提高通信質(zhì)量，具有通信速度快、傳輸數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，而且接入簡(jiǎn)單，只需將RJ45連接頭接入集線器即實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的物理連接。