在科技飞速发展的今天，LED显示屏在我们的日常生活中随处可见，LED广泛应用于商业和媒体广告等大屏显示【shì】，例如美国标志建筑“纽约时代【dài】广场”设计的户外广告大屏。早期LED显示应用的场景主要是门【mén】头广告，使用的单色屏，现在是主流的全彩屏。随着对色彩，分辨率要求的提高，LED做的也越来越小，不仅对材料，散热，工艺要求越高，同时也对集成商显示方案性能要求越来越高。早期单色卡对控制面积和显示效果要求不高，而且单【dān】色屏显示驱动单一【yī】，方案基本都是一颗主控MCU完成扫描驱【qū】动显示。通过将上位机或者U盘读取显示数据到MCU做数据重组处理方式，MCU将需要【yào】显【xiǎn】示的数据驱动到屏上，然后锁存数据，完成数据更新。
随着市场显示需求的发展，商场广告大屏都采用全彩的LED模组显【xiǎn】示，由于分辨率和彩色效果的提高，主控MCU的性能和控制管脚数目已经达不到要求，这时FPGA不管是在快速实现还是显示成本，显示效果上面都体现出巨大优【yōu】势，也使FPGA在LED显示上成为各大系【xì】统厂商选择的主流方案。如图显示润欣科技给客【kè】户推荐的安路LED接收卡方案，方案需要将视频信号【hào】、控制信号等数据通过千兆网传输到接收卡，每张接收卡控制一定数量的屏，并【bìng】将数据级联到【dào】下一张接收卡。
FPGA主要完成千兆网的接收与发送，并对接收到的数据进行解码。需要GAMA矫正表对显示数据进行矫正，对于LED屏需要进行逐点矫正，像素的灰度【dù】值也需要图像算法计【jì】算，最终处理方式后的数据写入SDRAM缓存。LED扫描模块则产生LED驱动芯片的【de】扫描时序和灰度，根据扫描方式从SDRAM中读出需【xū】要刷到LED上的【de】数据。如下图是FPGA内部处理方式的逻辑模块。
其中最核心的就是LED扫描控制模块，全彩LED 显示屏一般采用逐位点亮的扫描【miáo】方式实现【xiàn】灰度图像【xiàng】显示。对于显示灰度级数为8 位的【de】LED 显示屏,一般采用“19场扫描”原理来实现256 级灰度显示。LED显示屏的显示数据更新一般采用串行输出方式,如采用595 进行设计的静态LED 全彩显示屏,根据“19 场扫描”原理,对于分辨率等规格确定的屏体,当串行移位时钟确定时,显示屏的刷新频率和LED 的发光效率(一个扫描周期内,LED的最长点亮时间段所占的比例) 也就被确定。以8 位“19场扫描”理论为例,所谓逐位点【diǎn】亮,即从一个字节数据中依次【cì】从低位到高位或者从高位到低位提取出一位数据,分8 次点亮对应的像素,每一位对应的点亮时间段与关断时间段的占空比不【bú】同。如果点亮时间段从低位到高位依次倍增,则合成的点亮时间段将会有256 种组合。定义D0 位【wèi】对应的点【diǎn】亮时间段加上关断时间【jiān】段为一个时间段单位,设为T ,可得表1 所示各位的点亮与【yǔ】关断时间段。
在实际设计中, T也是对LED 显示屏进行一次串行【háng】数据更新所需要的时间段。表1 所示的总时间段是T 的整数倍,所以每个数据位所占用的总时间【jiān】段可以通过刷新一次屏幕数据来进行定时。在进行LED显示屏设计时,整个显示屏中LED 的亮与灭可以通过总控线EN 控制,当点【diǎn】亮时间段≥1 T时,EN 控制显示屏处于常亮状态,而当点亮时间段< 1 T 时,可以通过控【kòng】制EN 产生相应占空【kōng】比的控制波形来实现相应位的亮度控制。该【gāi】扫描方式可以实现全彩256级灰度显示，LED厂商会根据不同的LED模组和显示经历来调整具体的扫描方式【shì】达到较好的显示效果。
相比于LED控制卡在FPGA功能实现【xiàn】扫描技术上的发展和提升，对应LED控制卡方案和形态乃至于LED屏控【kòng】制系统都有较大的发展，从LED控制卡【kǎ】之前的千兆网级联方式的拓扑结构，到对系统【tǒng】运行稳定性要求极其苛【kē】刻的公检法显控平台的LED显示系统很多都是以星形拓扑结构，同时有主从备【bèi】份的扫描系统。在从LED控制卡发展形态上来看，从之前的单板多接口卡发展到LED灯板嵌入式LED控制卡的形态，有减小面积，减小功耗，扩展性强，结构简单等优势。
从LED显示领域应用来看，安路的EG4系列FPGA在LED市场做了本土化和前瞻性的设计，通过核封SDRAM给客户解决了带宽，IO，面积，成本等疑问，人性化的电源和地的管脚结构让客户PCB成本有竞争优势【shì】，也提供服务了与国外同级【jí】别器件的封装替代型号和高速串行接口。基【jī】于安路 FPGA，润欣科技给客户推荐LED屏幕背后直【zhí】连接的驱动板设计方案，该方案包含自带【dài】的AST高速异步传输接口、M3内核、ADC等，一颗芯片功能齐全，满足LED显示所有需求。FPGA读取U盘图像数据，通过AST收发器传输数据，驱动板通过HUB75接口直连LED屏幕驱动芯片,最终实时显示图像。该系统和传统的显示模组相比，可靠性更高，灯驱合一，无【wú】排线，降低EMI。AST传【chuán】输距离和传输速率可变，适应能力不同点间距屏幕。实时反馈电压，温度调节，屏幕工作时间段，性【xìng】价比高，系统集成度高，调试流程简单。随着市场和技术发展，FPGA在LED显示上面的应用会更加广泛，润【rùn】欣科技也会不断给客户推出更好更优秀的LED显示方案。
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