基于FPGA的LED大屏幕控制系统的设计与实现

2 SDRAM乒乓式缓存的优化

传统的基于SDRAM的乒乓式缓存方案[1，2]都存在着数据读写操作复杂或者数据结构调整局限性大的缺点。结合现有方案的优点，本文提出了图2所示的SDRAM数据缓存方案。

本系统的发送卡设计目标是最大支持1 280×1 024分辨率、60 Hz刷新率的全彩数据发送，此时的像素频率为：

即本方案满足系统数据吞吐量的要求。由于两个SDRAM中存储相同数据，具有相同格式，所以SDRAM读写模块可以同时向两个SDRAM中写入或读出显示数据，这样两块SDRAM可以共用地址线，从而节省数十个FPGA IO端口，这是本方案的一大优点。同时每块SDRAM中划分了两个区，用以存放连续的两帧图像，可以根据LED显示屏的具体要求，从SDRAM中读出显示数据，满足系统灵活性的要求。

3 反γ校正与灰度级调节

特定条件下创建的图像在不同环境下工作时,往往会出现图像看起来显得太亮或者太暗的现象,所以LED大屏幕显示系统需要进行灵活的反γ值调节。当前反γ校正多采用基于FPGA内部ROM的查找表技术[3]。式(1)为反γ校正公式，式中默认输入图像灰度级为256，输出灰度级为G，x为输入灰度值，y为输出灰度值，γ为校正系数。要在FPGA中实现指数运算需要消耗大量逻辑单元，对于低成本要求来说是不现实的。本文提出了如图3所示的基于FPGA片内RAM、片外EEPROM和PC机软件的反γ校正技术。

在FPGA中的具体实现为：首先使用Altera自带的IP核，将3个数据宽度为16 bit、数据深度为256的双端口RAM实例化作为查找表。系统起动时，初始化模块首先从外部EEPROM中读出256个配置数据，初始化RAM查找表。初始化完成后，灰度变换模块将24 bit RGB数据分离成3个8 bit数据作为RAM地址，读出数据作为转换后的灰度值。当需要修改γ值时，通过PC机软件生成新的γ校正表，然后通过串口发送到发送卡，发送卡将数据发送至接收卡，在灰度变换模块的控制下将数据写入RAM。如果需要保存校正数据，初始化模块从RAM中读出数据写入EEPROM中。3个RAM中存放的是相同的校正数据，所以初始化模块可以同时对3个RAM进行初始化，从RAM中读出配置数据时也只需要其中一个RAM中的值。本方法结合PC机软件可以实现1～5的γ值连续调节和1～16的灰度级连续调节。

作者：文华武 汪 涛   来源：电子技术应用