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2008年12月04日 15:39 july

程序設(shè)計(jì)部分

 

5 FPGA程序設(shè)計(jì)

  5.1 模塊劃分

  整個(gè)FPGA程序的模塊框圖如圖3所示。主要包括:D/Ata Capture模塊,負(fù)責(zé)將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中;Switch模塊,負(fù)責(zé)控制RAM的切換;D/AtaOutput模塊,負(fù)責(zé)從SRAM中讀取數(shù)據(jù)按照一定的格式發(fā)送出去;Output timing Generator模塊,負(fù)責(zé)生成輸出的控制時(shí)序,并且控制D/Ata Output模塊的輸出和Switch模塊的切換,而該模塊的工作是受到D/Ata Cap-ture模塊控制的。

  5.2 存儲安排

  為了獲得較大的數(shù)據(jù)位寬,并且考慮到FPGA管腳數(shù)量,用于緩存圖像的SRAM選用的是3片1 M×8 b容量的,作位擴(kuò)展,這樣可以存放下完整的1幀數(shù)據(jù)。具體說就是每個(gè)地址存儲的大小是3個(gè)字節(jié),可以用來存放3個(gè)像素的數(shù)據(jù)(同種顏色)。地址0x0放置3個(gè)像素的紅,而地址0x1存放3個(gè)像素綠,地址0x2存放3個(gè)像素藍(lán),而這3個(gè)地址的3個(gè)像素在屏幕上是第一行的第1,2,3個(gè)像素,接下來地址0x3又存放了3個(gè)紅色像素,如此循環(huán),直到地址0xBFFFF存放最后3個(gè)像素的藍(lán)色數(shù)據(jù)。如圖4所示。

  5.3 算法流程

  (1)D/Ata Capture模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存算法

  D/AtaCapture模塊負(fù)責(zé)將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中。每個(gè)時(shí)鐘從AD9887A板過來的數(shù)據(jù)是24位的RGB數(shù)據(jù),8位紅,8位綠,8位藍(lán),而實(shí)際輸出的時(shí)候是按照1幀紅1幀綠1幀藍(lán)的順序輸出的。因此如果能將讀入的24位RGB數(shù)據(jù)按照一定的格式存放,就可以方便的讀取數(shù)據(jù),格式如圖5所示。

  具體的轉(zhuǎn)換是通過一個(gè)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn),其中有6個(gè)24 b的寄存器r1~r6用來緩沖6個(gè)像素的RGB值。用6個(gè)狀態(tài)完成類似矩陣轉(zhuǎn)換的任務(wù),每個(gè)狀態(tài)會輸出1個(gè)24 b的轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù),并生成地址,即每個(gè)狀態(tài)都會將1個(gè)24 b的數(shù)據(jù)存入到SRAM中,而這24 b就是3個(gè)像素的同一種顏色的值。

  (2)D/Ata Output模塊數(shù)據(jù)輸出算法

  D/Ata Output模塊是數(shù)據(jù)輸出模塊。每個(gè)時(shí)鐘周期從SRAM中讀取到的是3個(gè)像素的數(shù)據(jù),而每個(gè)時(shí)鐘發(fā)送到每個(gè)AD8381的是一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù),因此是不同步的,需要使用雙時(shí)鐘FIFO作流量控制才能使數(shù)據(jù)正確傳輸,具體的讀取操作:如圖5所示。像素0~3放入FIFO1,像素4~7放入FIFO2,這樣依次下去,每個(gè)FIFO放人4個(gè)像素。每個(gè)時(shí)鐘放2個(gè)像素。該處理任務(wù)由Convert Log-ic子模塊完成。還要注意的是由于每種顏色的數(shù)據(jù)不是連續(xù)存放的,因此下一個(gè)地址的值是加3而不是加1。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  經(jīng)過對比實(shí)驗(yàn)證實(shí),在子場場頻比較低的時(shí)候,單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的閃爍程度會比較高。由于條件所限,研究中選用的LCoS芯片所支持的最高場頻為120 Hz,該芯片是為三片式LCoS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,因此用在單片彩色系統(tǒng)中具有一定的局限性。實(shí)驗(yàn)中FPGA程序可以實(shí)現(xiàn)90 Hz,120 Hz和180 Hz三種子場頻率。在相同的背光源條件下,90 Hz場頻時(shí)的色彩相對于其他兩種要好些;180 Hz時(shí)系統(tǒng)也完全能夠正常運(yùn)作,只是色彩稍差,這與LCoS芯片本身有關(guān),不過其閃爍程度已經(jīng)可以忽略;120 Hz子場時(shí)的閃爍還是比較明顯的,色彩和90 Hz子場時(shí)基本差不多。

  因此,要實(shí)現(xiàn)單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的無閃爍,必須使用較高的子場頻(不低于180 Hz),有關(guān)資料顯示,目前已經(jīng)出現(xiàn)了為單片彩色LCoS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LCoS芯片,其支持的場頻可達(dá)360 Hz,如果選用這樣的芯片,就可以實(shí)現(xiàn)無閃爍顯示。

  就本系統(tǒng)來說,已經(jīng)獲得了不錯(cuò)的顯示效果,色彩、對比度都達(dá)到了比較好的狀態(tài),而且閃爍程度也非常低。如果要獲得更好的顯示效果,就要選擇支持更高場頻的LCoS芯片。另外,由于該LCoS的響應(yīng)時(shí)間比較長,在屏幕的上沿和下沿還有微弱的色彩混疊現(xiàn)象,這也可以通過選用支持高場頻的LCoS芯片來解決。

7 結(jié) 語

  盡管本系統(tǒng)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的顯示效果,但是還不是很完美,還必須采用新型的LCoS芯片。而對于這種最高支持360 Hz場頻的LCoS芯片,對硬件速度和D/A的速度都提出了較高的要求:如果源圖像的場頻為60Hz,而每個(gè)子場的頻率為360 Hz,則應(yīng)該有2幀圖像相同,同時(shí)每個(gè)子場的時(shí)間縮短為原來的一半(與180 Hz子場頻率比),需要數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)率和D/A速度至少要快一倍。但是這樣的好處就是使本系統(tǒng)所存在的閃爍和色彩交疊顯現(xiàn)的到徹底解決,使單片彩色LCoS系統(tǒng)的顯示質(zhì)量趨于完美。

  本文主要介紹視頻顯示系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),以LCOS顯示芯片的驅(qū)動時(shí)序要求為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),提出一種基于FPGA的解決方案,使得系統(tǒng)具有靈活性和可修改性,方便以后的升級以及維護(hù)。并對FPGA程序的算法做了詳細(xì)的介紹。最后對系統(tǒng)存在的問題做了討論,并提出一些解決方法,以及對未來系統(tǒng)的展望。

 

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