为了实现LED显示屏高清显示、高刷新率、远程控制、环境监测与控制等要求,课题的主要研究对象为基于FPGA的LED全彩显示控制系统,提出了整个系统的实现方案。本系统分为三个主要功能部分:视频解码与千兆传输、环境监测与控制、视频数据处理与显示驱动。(1)视频解码与千兆传输设计。发送卡DVI解码电路接收显卡的DVI视频源,经TFP401解码得到24位红绿蓝数据以及行场同步信号。FPGA读写数据模块将解码得到的视频数据和软件配置信息缓存,通过乒乓操作读写数据,读出缓存的数据被网络封包模块加上数据包头和CRC校验码之后,经数据收发模块传输至网络物理层芯片,通过千兆网络传输至多功能卡或接收卡。(2)环境监测与控制设计。多功能卡FPGA的千兆解析和寄存器配置模块校验和解析显示设置包获取显示屏电源和风扇电源的状态信息,并结合传感器的测量数据改变或者保持电源的状态,同时计算出合适的亮度调整值插入到显示设置包,最后转发所有数据包到千兆接口,传输至下一级接收卡,并且向前一级反馈实时状态。(3)视频数据处理与显示驱动设计。接收卡FPGA解码和校验千兆网络输入数据,将其同步到本地时钟域,转发所有数据包至下一级接收卡,再将截取的8bit视频数据转换成16bit的PWM数据后按照显示设置分区存入SDRAM缓存。读出SDRAM的数据经过bit分离存入RAM,最后经显示输出模块按照对应芯片的驱动时序将视频数据和指令信号串行输入至LED驱动芯片进行扫描显示。(4)本课题采用FPGA实现系统功能。赛灵思的xc6slx16-2csg324用于实现发送卡功能;国内AGM公司的AG10KSDE176FPGA用于实现接收卡和多功能卡功能。实验结果表明,发送卡最高可处理1080p分辨率的DVI视频信号,并且网络传输速率可达到lGbit/s;多功能卡具备电源控制、亮度自动调节、千兆级联处理等功能;单张接收卡带载达到256×768,内部输出端口可任意映射,并且接收卡间可级联、可互换。跟传统控制系统相比,本系统使用国产FPGA实现功能,系统的各类参数可配置,最高可在LED显示屏上实现稳定的3840Hz刷新率。