基于FPGA的LCD顯示遠程更新

　　1 項目背景

　　1.1 研究背景

　　LCD顯示屏的應用越來越廣，數量越來越多。LCD顯示屏應用廣泛，無處不在。小到家庭各種電器設備，大到軍事設備。更常見是用于各種公共場合如體育館、廣場等商業用途。給我們傳遞一種更為直觀、生動的信息。從此我們的生活發生了巨大改變。巨大的應用巨大的市場帶來了巨大的商機。傳統的顯示器大多采用控制系統與顯示界面集成在一起的方案，不便于實時管理與有效維護，不便于及時更新;也不便于人親臨惡劣的工作環境下進行人為操控。LED顯示屏用戶迫切需要實現對LED顯示屏的遠程控制。

　　基于FPGA的LCD顯示的遠程更新是為了通過中央服務器可以實現有效地更新廣泛分布的LCD顯示屏，達到便于操縱，低成本，高效數據傳輸等特點。

　　1.2 基于FPGA的LCD顯示的遠程更新的優越性

　　本項目通過TCP/IP協議與遠程控制進行通信，便且使用FTP協議來更新LCD顯示內容。使中央服務器與分布在其他區域的LCD顯示器組成網絡并IP編址，可以通過中央服務器進行高效、方便、可靠地管理和維護LCD顯示器。具有以下優勢：

　　●采用可編程的FPGA進行設計，便于設計的更新與升級，節約成本。

　　●通過使用TCP/IP服務，使系統在傳輸數據和接受數據的過程中穩定性和可靠性得到有效地保證。

　　●采用SOPC集成系統的設計，是整個系統的復雜性大為降低。

　　●LCD體積小、質量輕、功耗低，可以用大規模集成電路直接驅動，可以在明亮環境下顯示，不含射線傷害。

　　2 項目方案

　　2.1 實現功能

　　1、系統采用FPGA嵌入軟核Microblaze作為微控制器，用于發送需要傳輸的數據。

　　2、通過TCP/IP協議有效地實現與遠程LCD接收端進行通信。

　　3、在接收端，對收到的FTP數據進行存儲并實現對LCD屏顯示內容的更新。

　　2.2方案設計原理

　　該方案使用Atlys Spartan®-6 FPGA 開發套件硬件平臺，系統原理框圖如下：

　　本方案做的是有線數據接收，首先使用FPGA嵌入軟核Microblaze作為微控制器，然后通過TCP/IP協議與遠程控制進行通信，在接受端接收到發送過來的信號，并存入RAM存儲器中，同時對LCD顯示屏進行更新。

　　2.3硬件設計

　　通過上面對整個系統功能要求， 性能要求的分析， 我們可以確定系統的基本硬件結構， 其組成框圖如下所示：

　　從上面的系統硬件框圖中我們可以看到，整個系統由Microblaze組成的微控制器，PLB外設總線，LCD控制器，以太網、以及片上RAM等組成。Microblaze微控制器作為控制器，通過PLB總線與各部分控制器以及外圍聯接，負責整個系統的運行。片上SDRAM作為Microblaze微控制器執行指令的存儲空間，在LCD更新過程中也需要保存接收到的FTP數據。整個系統最主要就是LCD控制IP核以及以太網通信部分。

　　LCD控制IP核主要由地址發生模塊、顯存讀取模塊、時序發生模塊、幀存控制模塊、行緩存等模塊組成。

　　·地址發生模塊

　　地址發生模塊為顯存讀取模塊提供了一張顯存地址表，地址表上涵蓋了LCD上每個像素點的訪問地址，地址發生模塊設計保證在LCD顯示掃描時鐘進行到某一像素點時，恰好向顯存讀取模塊提供該像素點的地址，顯存讀取模塊據此地址從顯存讀取相應的像素點信息。地址發生模塊動態地向顯存讀取模塊提供地址的行為與顯存讀取模塊的讀操作是同步進行的，同步時鐘為像素點時鐘D-CLK，觸發信號是來自時序發生模塊的數據使能信號Data-EN，復位信號為時序發生模塊的場同步消隱信號HB。

　　·顯存讀取模塊

　　顯示讀取子模塊通過16 bit并行數據總線訪問顯存SRAM，對FPGA“調色板”顏色處理子模塊提供4 bit并行數據接口。本模塊的輸入時鐘頻率是LCD像素點時鐘信號D-CLK的4倍，觸發信號為LCD數據使能信號Data-EN，每4 bit顯存內容描述一個像素點，可顯示16種顏色(顏色及色深可根據系統的要求，適時擴充)。顯存讀取狀態機循環1次可讀取4個像素點的信息，在時鐘信號的觸發下，依次將點像素信息輸送至“調色板”顏色處理子模塊。將以上操作分解為如下步驟：(1)消隱：每行或每場的非顯示階段，此階段送至LCD的圖像信息無效;(2)SO:取每包圖像信息的第1個像素點信息，并送至“調色板”顏色處理子模塊;(3)s1:取每包圖像信息的第2個像素點信息，并送至“調色板”顏色處理子模塊;(4)S2:取每包圖像信息的第3個像素點信息，并送至“調色板”顏色處理子模塊;(5)s3:取每包圖像信息的第4個像素點信息，并送至“調色板”顏色處理子模塊。

　　·時序發生模塊

　　時序發生模塊主要產生數字TFT-LCD所需的像素點時鐘D-CLK、行同步信號H-SYNC、場同步信號V-SYNC、行同步信號H-SYNC、數據使能信號Data-EN信號。隨著FPGA的出現，利用編程邏輯方法產生行場掃描時序是一個發展方向。這種方法具有電路簡單、功能強、修改方便、可靠性高等優點，只需在代碼中修改一些時序參數就能產生任意時序的波形，可以支持各種接口時序要求的TFT. - LCD顯示器。