基于SoC FPGA芯片的异步全彩LED显示控制器解决方案

1 LED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。

图1:中国LED显示屏产值

2 市场流行方案的介绍

目前市场上比较流行的方案有以下几种：

1) ARM-CortexA8 FPGA解决方案：

图2:ARM-CortexA8 FPGA方案框图

特点：功能齐全，其中ARM Cortex-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。

2) ARM Cortex-M4解决方案：

图3:ARM Cortex-M4方案框图

特点：结构简单，但是由于没有使用FPGA,ARM Cortex-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。

3) FPGA解决方案：

图4:单FPGA方案框图

特点：是同步全彩控制系统的一个衍生产品，实现简单的录制，功能相对单一。

3 京微雅格SoC FPGA方案

京微雅格CME-M5系列 FPGA集成了增强型8051 MCU,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- bit MDU(Multiplication Division Unit)，128K Byte SPRAM,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16-bit定时器，1个16-bit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(Microcontroller Subsystem)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5.

图5:京微雅格CME-M5器件结构框图

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NandFlash/SD卡。系统框图如下：