基于soc fpga异步全彩led显示解决方案

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1、基于SoCFPGA异步全彩LED显示解决方案　　简介本文分析了市场上常见的异步全彩LED显示控制方案，提出了基于京微雅格SocFPGA的针对门楣广告应用的优化解决方案。在单主控的情况下实现了高灰度，高刷新的异步全彩LEDLED显示屏市场概况全彩LED显示被普遍应用于户外及室内的大型广告、舞台背景等场合（大多是同步显示），随着价格的下降，全彩LED显示已经开始被使用于门楣广告（异步显示）。当前门楣广告一般采用单双色LED显示，市场需求大。与单双LED相比，全彩LED能够展现更丰富的内容，如真彩图片、动画、视频等，全彩LED显示将是门楣广告屏的发展趋势。市场流行方案的介绍目前市场上比较流行的方

2、案有以下几种：①ARM-Cortex-A8+FPGA解决方案该方案的特点：功能齐全，其中ARMCortex-A8可以实现对主流视频格式的解码，但是方案成本偏高，对于门楣广告这种小屏显示的使用场景来说有些浪费。方案框图如图1所示。②ARMCortex-M4解决方案7该方案的特点：结构简单，但是由于没有使用FPGA，ARMCortex-M4的实时性及速度无法满足全彩LED显示的控制要求，所以只能实现“七彩”显示，而不能实现真正意义上的全彩显示。方案框图如图2所示。③FPGA解决方案该方案是同步全彩控制系统的一个衍生产品，可以实现简单的录制，功能相对单一。方案框图如图3所示。京微雅格SoCFPG

3、A方案京微雅格CME-M5系列FPGA集成了增强型8051MCU，兼容标准8051指令集，12倍于标准8051的MIPS，频率最高可达200MHz，支持高达8MB数据及代码空间扩展，支持硬件32/16-bitMDU（MultiplicationDivisionUnit），128KBSPRAM，可作为8051的代码或数据存储器，集成片上调试系统OCDS，支持JTAG在线调试；外设有3个16bit定时器，1个16bit看门狗，1个I2C接口，1个SPI接口，2个USART接口，1个RTC实时时钟，8通道DMA；支持STOP，IDLE电源管理模式。支持基于MSS（MicrocontrollerS

4、ubsystem）的系统编程、系统多配置、系统在线更新、动态频率切换等特性。CME-M5内部结构框图见图4。7在本设计中，增强型8051实现以太网TCP/IP协议栈，实现对NandFlash/SD卡的访问，显示特效处理，并调度FPGA功能模块实现LED显示。FPGA则负责LED刷新控制，其功能包含：灰度控制、刷新率控制、亮度控制、伽马校正等。PC提供人机交互，让用户通过上位机软件编辑“节目”，即需要最终在LED屏上显示的内容，包含文本、图片、视频以及显示特效，例如百叶窗、流水等；最后上位机软件把“节目”转换成特定的数据文件通过以太网传送给CME-M5，由CME-M5把接收到的数据文件写入N

5、andFlash/SD卡。系统框图如图5所示。CME-M5FPGA功能描述伽马校正根据LED的响应特性，需要对输入的8位灰度值进行伽马校正，使之映射到14～16位灰度值，这部分功能是FPGA通过查表方式的实现的。伽马校正的参数可以通过PC上位机进行修改。灰度控制下面以8位/256级灰度作为例子，阐述LED灰度控制原理。对于RGB三基色LED显示，256级灰度意味着R、G、B各使用8位来表示灰度值（2=256，即256级灰度）。每颗LED有独立的R、G、B三个信号供FPGA分别控制。7全彩LED驱动芯片通常分为自带PWM的恒流源以及不带PWM的恒流源。接下来以不带PWM的驱动芯片MBI50

6、24为例介绍灰度控制原理。MBI5024的内部结构框图见图6。FPGA向SDI送入每个像素点R/G/B灰度值，OUT0～OUT15连接LED的R/G/B，OE_n控制对应每位灰度值点亮LED时间的长短。8位/256级灰度控制，通常使用19场方式，假设子场的周期为T，那么一个刷新周期的总时间为19T。19场被分为8份，时间分别为8T，4T，2T，1T，1T，1T，1T，1T；OE_n有效时间分别为8T，4T，2T，1T，1/2T，1/4T，1/8T，1/16T。以下介绍如何对R进行灰度控制，G，B的灰度控制原理是类似的。8T对应8位灰度值的最高位R[7]，其刷新的时间长度为8T；4T对应8位

7、灰度值的次高位R[6]，其刷新的时间长度为4T…1/16T对应最低位R[0]，其刷新的时间长度为1/16T。如图7所示，R[7]在T0周期送出，R[6]在T1周期送出，R[5]在T2周期送出……R[0]在T7周期送出。OUT0～OUT15分别连接第0颗至第15颗LED的R。使用Ri[j]表示第i颗LED的R灰度值的第j位，以下是操作流程：1.SDI移入{R0[7]，R1[7]，R2[7]，R3[7]，R4[7]，R5[7