引 言

　　目前顯示屏按數據的傳輸方式主要有兩類：一類是采用與計算機顯示同一內容的實時視頻屏；另一類為通過 USB、以太網等通信手段把顯示內容發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容，靈活性高。此外，用一套嵌入式系統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顯示系統的需求越來越大。

　　本系統采用ARM+FPGA的架構，充分利用了ARM的超強處理能力和豐富的接口，實現真正的網絡遠程操作，因此不僅可以作為一般的LED顯示屏控制器，更可以將各顯示節點組成大型的戶外廣告傳媒網絡。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，提高了系統效率。

　　1 獨立視頻LED系統

　　LED顯示屏的主要性能指標有場掃描頻率、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進行適當的取舍。通常灰度級、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，再通過控制器陣列的形式，實現大的控制面積，即可實現顏色細膩的全彩色超大屏幕的LED顯示控制器。

　　獨立視頻LED系統完全脫離計算機的控制，本身可以實現通信、視頻播放、數據分發、掃描控制等功能。為了實現大屏幕、全彩色、高場頻，本系統采用控制器陣列模式，如圖1所示。

　　系統可以通過網絡接口（以太網接口）由網絡服務器端更新本地的數據，視頻播放部分則通過對該數據進行解碼，獲得RGB格式的視頻流。再通過數據分發單元，將這些數據分別發送到不同的LED顯示控制器上，控制器將播放單元提供的數據顯示到全彩色大屏幕LED上。

　　2 通信接口和視頻播放單元

　　本系統的通信接口和視頻播放部分由ARM+uClinux實現。ARM（Advanced RISC Machine）是英國ARM公司設計開發的通用32位RISC微處理器體系結構，設計目標是實現微型化、低功耗、高性能的微處理器。Linux作為一種穩定高效的開放源碼式操作系統，在各個領域都得到了廣泛的應用，而uClinux則是專門針對微控制領域而設計的Linux系統，具有可裁減、內核小、完善的網絡接口協議和接口、優秀的文件系統以及豐富的開源資源等優點，正被越來越多的嵌入式系統采納。系統中使用Intel XScale系列的PXA255芯片，與ARM v5TE指令集兼容，沿用了ARM的內存管理、中斷處理等機制，并在此基礎上做了一些擴展，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320×240像素的視頻。

　　系統視頻播放的數據來自于系統中的SD存儲卡（Secure Digital Memory Card）。更新SD卡的數據有兩種方式：一種是用計算機更新SD卡的數據；另一種是通過網絡接收服務器的數據，直接由ARM更新SD卡。此外，播放器也可以直接播放網絡傳送的MPEG-4格式數據。由于XScale未提供物理層接口，若想實現網絡功能需外接一片物理層芯片。本系統選用SMSC公司的高性能100M以太網控制器LAN9118。

　　3 視頻數據分發

　　由于控制器采用陣列模式，因此需要對視頻源提供的數據進行分發，將不同行列的數據正確地送入不同的控制器。

　　3.1 數據分發單元方案

　　本系統中的LED控制器灰度級高達3×12位（可顯示多達64G種顏色）、控制區域為128×128點。系統播放單元提供的數據為320×240像素，因此需要分解成6個LED控制器來控制（見圖1）。因此，需要將PXA255提供的RGB數據分3組發送到這6塊控制器，以FPGA實現，方案如圖2所示。

　　LCD接口子模塊接收PXA255 LCD接口的數據和控制信號，將這些輸入的數據進行逐點校正之后存入SDRAM。然后將該場數據分成3組，每組128行（最后一組只有64行，為了后面控制板的一致性，此處由總線調度器補零），同時發送，之后由LED顯示控制器處理。