基于SoC FPGA芯片的异步全彩LED显示控制器解决方案

　　摘要：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Soc FPGA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LED显示，方案性价比高。

　　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（数据来源：GLII）

　　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