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(jué)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(huà)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(huà)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(zhǎng)、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(chǎng)、商業(yè)中心、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、娛樂(lè)場(chǎng)所、控制中心等許多公共場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

　　隨著人們對(duì)視覺(jué)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(wèn)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(huà)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(méi)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(jué)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(guò)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(guò)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(mén)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