AM335x平台在全彩LED显示墙异步控制卡的应用

　　摘要

　　全彩LED显示墙异步控制卡以成本低，集中管理等特点，逐渐成为全彩LED显示墙控制卡的主流。AM335x具有丰富的硬件外设，基于Linux的软件方案，包含GPU Composition模块能提供完整的多图层叠加缩放等功能，十分适合全彩LED显示墙的异步控制卡应用。本文将从硬件和软件两个方面介绍基于 AM335x提供的相应解决方案。

　　1 全彩LED显示墙控制卡简介

　　全彩LED显示显控制卡根据控制方式，可以分显两大显：同步控制卡和异步控制卡。

　　1.1 同步控制卡

　　全彩LED同步显示墙主要由PC，同步控制卡和LED显示模块组三部分组成，其连接方式如下：

　　

　　图1 同步控制模块图

　　同步控制卡将DVI信号转成LED显示模组所需要的视频信号格式，而且用以太网的方式传输给LED显示模组。同步控制卡本身不做视频解码等处理，仅做格式转换。因此，一般采用FPGA实现该功能。

　　1.2 异步控制卡

　　全彩LED异步显示墙由异步控制卡和LED显示模组组成，其连接方式如下：

　　

　　图2 异步控制卡模块图

　　由上图，异步控制卡主要由两个大的部分组成：

　　视频处理模块。在此模块中，SOC从网口得到视频流以及UI的素材，进行视频解码和UI 绘制，最后通过LCD接口传送给 FPGA。

　　视频信号转换模块。在此模块中，FPGA将视频信号转换成LED显示模组所需的信号，并通过网口输出，该功能和同步控制卡的 功能一样。

　　对比两种方案，可见异步控制卡具体有成本低，便于集中管理的特点。

　　2 异步控制卡系统分析

　　下面从硬件和软件两个方面分析其主芯片的系统需求。

　　2.1 硬件部分

　　从硬件上看，视频处理模块部分主要由最小系统和外围模块两大部分组成。

　　最小系统

　　1、最小系统由主芯片，电源系统，DDR和存储四部分组成。

　　2、不同级别的全彩屏对SOC的处理能力有不同要求，具体的要求在软件部分有说明。

　　外围模块

　　1、音频接口，LCD接口。即LED显示墙的基本需求。

　　2、网络接口。百兆甚至千兆网口可以有效保证显示内容更新的高效性。

　　3、USB接口。便于系统升级，以及扩展基于USB各种外设。

　　4、SD卡/TF卡支持。便于系统升级以及内容的本地更新。

　　此外，异步卡一般和LED显示墙一起放置于室外，所以需要可工作在宽温度范围的工业级芯片。

　　2.2 软件部分

　　软件部分主要由操作系统和应用软件两大部分组成。

　　2.2.1 操作系统

　　在异步控制卡行业中，主流系统选择了Linux。

　　2.2.2应用软件

　　应用软件主要包含三个部分：

　　多媒体部分。用于对音视频码流的解码。

　　全彩屏主要分为高端和中低端两个档次：

　　高端，视频分辨率以及显示分辨率要求在720p分辨率以上。

　　中低端，视频分辨率以及显示分辨率在640x480以内。

　　由于LED墙一般显示物理面积大，而且亮度高，所以对视频流的帧率要求较高，要求在每秒25帧以上。因此，对于高端产品，一般需带有视频硬解码模块的主芯片，其价格一般较高；对于低端产品，使用软解码可实现，所以需要运算性能较强的主芯片，成本优势较好。

　　UI 部分。

　　用于显示字幕，图片等，并处理UI 元素和视频层的叠加。叠加部分。由于涉及到透明度，尺寸变换等，运 算需求也很大，所以需要主芯片具有相关的硬件加速模块。

　　远程控制部分。

　　该部分主要实现上位机对各控制卡的远程控制，内容更新等功能。该部分一般通过网络应用层实现，各控 制厂家有自己的协议。

　　3 AM335x的解决方案

　　AM335x是TI新近推出的基于ARM Cortex-A8 的SOC，外设丰富，主要针对工业应用领域。针对异步控制卡应用，TI也提供了基于Linux的解决方案。下面将从硬件和软件两方面分别介绍该方案。

　　3.1 硬件方案

　　AM335x具有一个强劲的核心Cortex-A8，该核的运算能力可达2.0DMIPS/MHz， 而且AM335x的主频可到1GHz，即运算总的能力可达2000DMIPS，可流畅解码640x480的MPEG4视频流，而且有足够的运算余量绘制各种UI。

　　此外，AM335x还有一个3D图形加速核，SGX530，可支持OpenGL ES2.0。TI 在OpenGL ES2.0之上提供了相应的软件方案，将SGX530用于视频帧的尺寸缩放以及实现对UI 层和视频层的透明叠加的加速，后面软件部分会详细介绍该方案。

　　同时，AM335x具有丰富的外设，如下图所示：

　　

　　图3 AM335x异步控制卡硬件模块图

　　由上图可见AM335x可完全涵盖所有异步控制卡的外设需求，不需要其他扩展。因此，总体成本具有很强竞争力。

　　TI的开发板GP EVM（可查阅参考文档［1］）都可以很便利的进行LED应用的评估和开发，下文中的软件方案是以GP EVM为平台进行开发的。