LED顯示屏發(fā)送卡設(shè)計(jì)

基本框圖

　　在現(xiàn)有LED顯示屏發(fā)送卡的基礎(chǔ)上，這里設(shè)計(jì)了一種無(wú)外接存儲(chǔ)體的LED顯示屏發(fā)送卡，如圖1.

 

圖1 LED顯示屏發(fā)送卡原理圖

　　該發(fā)送卡由DVI模塊、FPGA控制器、兩路千兆網(wǎng)輸出模塊構(gòu)成。DVl解碼芯片將解碼得到的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)傳給FPGA控制器，F(xiàn)PGA通過(guò)內(nèi)部的RAM 進(jìn)行緩存，并做了更換時(shí)鐘域和位寬變換的操作，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)千兆網(wǎng)輸出。對(duì)分辨率1280×1024，刷新頻率為60Hz的實(shí)時(shí)視頻源，這里采用垂直分區(qū)的方法，即將滿屏數(shù)據(jù)平均分成兩路千兆網(wǎng)輸出，每一路千兆傳輸640X 1024，如圖2所示。

 

圖2視頻數(shù)據(jù)分區(qū)圖

　　實(shí)現(xiàn)方法

　　由圖1的基本框圖看出，該發(fā)送卡的設(shè)計(jì)除了搭建好硬件平臺(tái)外，最重要的是FPGA控制器內(nèi)部程序的設(shè)計(jì)。發(fā)送卡的FPGA控制器內(nèi)部原理框圖如圖3所示。

 

圖3 FPGA控制器的內(nèi)部原理框圖

　　FPGA控制器的內(nèi)部邏輯包括數(shù)據(jù)輸入模塊、雙口RAM 及其控制模塊、24bit轉(zhuǎn)8bit模塊、千兆網(wǎng)輸出模塊。數(shù)據(jù)輸入模塊將輸入的DVI信號(hào)(包括數(shù)據(jù)、時(shí)鐘、使能、行場(chǎng)同步信號(hào))分配給后端的RAM 和RAM 控制模塊，并控制著整個(gè)系統(tǒng)的同步；RAM控制模塊控制RAM 的讀寫操作，尤其是對(duì)開始寫、寫停、開始讀、讀停這4個(gè)狀態(tài)的控制：從RAM 輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換后傳輸給千兆網(wǎng)輸出模塊，千兆網(wǎng)輸出模塊則按照一定的網(wǎng)絡(luò)格式將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包輸出 。圖2提到的將數(shù)據(jù)分區(qū)發(fā)送，該方法能夠?qū)M屏數(shù)據(jù)平均分成兩路千兆網(wǎng)輸出。以下就以垂直分區(qū)的方法分析其數(shù)據(jù)流向、時(shí)鐘變化和傳輸時(shí)間差。對(duì)于一路千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)而言，采用1個(gè)雙口RAM設(shè)計(jì)，RAM 的深度設(shè)置為640，輸入和輸出字長(zhǎng)均設(shè)置為24bit，讀寫時(shí)鐘和使能分別獨(dú)立，如圖4所示。

圖4一路千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p口RAM 配置

　　其中，數(shù)據(jù)輸入和寫時(shí)鐘分別為DVI解碼芯片解碼后的24bit圖像數(shù)據(jù)DVI-DATA [23：0]和時(shí)鐘WRAM_CLK，讀RAM 的時(shí)鐘為千兆網(wǎng)時(shí)鐘RMll-CLK (125M) 三分頻后得到的時(shí)鐘RRAM-CLK(41.66MHz)，這樣，后端再通過(guò)一個(gè)24bit轉(zhuǎn)8bit模塊即可將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

圖5 24bit轉(zhuǎn)8bit模塊

　　如圖5所示，通過(guò)RRAM-CLK(41.66MHz)時(shí)鐘從RAM 中讀出一個(gè)像素的數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)3個(gè)RMIl-CLK(125M)傳輸給千兆網(wǎng)，即做了一個(gè)實(shí)時(shí)的并串轉(zhuǎn)化。如此流水操作下去，當(dāng)從RAM 中讀完640個(gè)像素時(shí)，千兆網(wǎng)控制模塊將停止讀RAM操作，等待下一行數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)DVI解碼后的下一行數(shù)據(jù)一旦往RAM 中存儲(chǔ)的時(shí)候(至少已經(jīng)往其中存儲(chǔ)了1個(gè)像素)，千兆網(wǎng)控制模塊又開始從RAM 中讀取數(shù)據(jù)，如此循環(huán)，直到第1024行數(shù)據(jù)的640個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)被傳輸完。

　　在這里，實(shí)時(shí)傳輸具有如下特點(diǎn)：(1)往RAM中存數(shù)據(jù)和從RAM 中取數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行；(2)存RAM 的速度快，讀RAM 的速度慢；(3)對(duì)寫RAM操作，先把規(guī)定的數(shù)據(jù)存完，用時(shí)為t ，然后進(jìn)入等待階段 (t=t1-t2為行周期)；對(duì)讀RAM 操作，把存好數(shù)通過(guò) 的時(shí)間傳輸出去，必須滿足t3

　　標(biāo)準(zhǔn)的分辨率1280 X 1024，刷新頻率為60Hz的行時(shí)鐘為64KHz，周期為t=15.625微秒；而從RAM 中讀完半行像素(640個(gè))數(shù)據(jù)的時(shí)間是：t3=(1/41.66MHz)X640=15.36微秒。顯然，在一個(gè)行周期里，只往外傳出半行的數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)間差t-t3=265ns>0，且該時(shí)間差滿足千兆網(wǎng)傳輸所必需數(shù)據(jù)包間隔。由于寫RAM 的時(shí)鐘(108MHz)比讀RAM 的時(shí)鐘(41.66MHz)快得多，所以在寫RAM 的同時(shí)可以對(duì)RAM 進(jìn)行讀操作(至少已經(jīng)往RAM 存儲(chǔ)了1個(gè)像素)，邊寫邊讀，實(shí)現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。同理，另外一路的千兆網(wǎng)設(shè)計(jì)與此相同。