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基于千兆以太网的LED灯饰DVI视频处理器的研制

作　者: 范炜
导　师: 贺前华
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: LED 千兆以太网 DVI 流水线 FPGA
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
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内容摘要

半导体发光二极管(LED)利用半导体作为发光材料,具有节能、环保、色彩丰富、寿命长等优点。而在节能环保的大趋势下,随着LED制造成本的下降,以及各种技术瓶颈的突破,LED逐步成为照明市场的主力军,LED景观照明的应用需求也越来越大。本文研究的大型LED灯饰控制系统属于景观照明的范畴,由于其非规则布局的特性,故在实时性和传输速率等方面有较高的要求。本文根据这些要求,设计了灯饰控制系统的核心控制部件——DVI视频处理器。该处理器通过USB、DVI接口与计算机相连,从计算机获取配置信息与图像信息,并通过千兆以太网接口将生成的图像数据高速发送出去,满足系统实时播放视频的需求。本论文使用异步SRAM进行数据缓存,通过五级流水、乒乓操作等设计思想设计FPGA程序,采用千兆以太网口进行传输,大大提高了DVI视频处理器处理数据和发送数据的速度。本文的主要工作包括以下五个方面。1.设计DVI视频处理器与下级数据分配器的通信协议。2.设计DVI视频处理器的硬件方案,保证DVI视频处理器的稳定工作。3.完成FPGA的模块设计和程序编写,以及后期的功能仿真和时序仿真,保证代码设计的正确性。4.完成接口软件和ARM程序的编写,实现配置信息的下载功能。5.完成DVI视频处理器的样机制作,以及接口软件、ARM和FPGA的联机测试,保证DVI视频处理器样机稳定地工作,实现预想的功能。本文的研究内容是大型LED灯饰控制系统的一个重要部件,在一定程度上可提升我国在LED景观照明方面的竞争力,推动LED产业的发展。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1.LED 景观照明现状和发展趋势  10-12
  1.2 大型LED 灯饰控制系统简介  12-13
  1.3.DVI 视频处理器的特点与需求分析  13-16
  1.4 本文完成的主要工作  16
  1.5 章节安排  16-18
第二章控制系统整体设计  18-35
  2.1 控制系统框架  18-19
  2.2 通信协议分析  19-23
    2.2.1.LED 灯饰控制系统以太网通信协议分析  19-22
    2.2.2.DVI 视频处理器与计算机的通信协议分析  22-23
  2.3.DVI 视频处理器硬件设计  23-34
    2.3.1 硬件架构和设计难点  23-24
    2.3.2.F PGA 主控模块  24-27
    2.3.3 千兆以太网模块  27-31
    2.3.4 存储模块  31-33
    2.3.5 系统电源模块  33-34
    2.3.6.DVI 接口模块及USB 接口模块  34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 FPGA程序设计与优化  35-56
  3.1.FPGA 程序的工作流程  35
    3.1.1 实时视频播放  35
    3.1.2 故障检测  35
  3.2 流水线设计思想  35-37
  3.3.FPGA 程序的基本框架  37-39
  3.4.USB 传输模块  39-40
  3.5 配置信息处理模块  40-41
  3.6 图像数据处理模块的设计  41-45
    3.6.1 模块功能  41-42
    3.6.2 乒乓操作  42
    3.6.3 子模块划分  42-45
  3.7 核心处理模块的设计  45-50
    3.7.1 模块功能  45-46
    3.7.2 子模块划分  46-50
  3.8 时钟设计  50-55
    3.8.1 时钟驱动  50-51
    3.8.2 跨时钟域的数据同步  51-53
    3.8.3 时序约束与优化  53-55
  3.9 本章小结  55-56
第四章 PC接口软件和ARM程序设计  56-64
  4.1 软件工作流程  56-57
    4.1.1 配置信息下载  56-57
    4.1.2 故障检测  57
  4.2.PC 接口软件设计  57-60
  4.3.ARM 程序设计  60-63
    4.3.1.SPI 接口简介  60-61
    4.3.2 传输接口设计  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章系统测试和结果分析  64-83
  5.1.P C 接口软件和ARM 程序测试  64-68
    5.1.1.USB 数据传输测试  64-67
    5.1.2.ARM SPI 接口的传输测试  67-68
  5.2.FPGA 程序测试与仿真  68-78
    5.2.1 模块功能仿真  68-76
    5.2.2 模块时序仿真  76-78
  5.3.DVI 视频处理器系统测试及结果分析  78-82
    5.3.1 测试工具SignalTapⅡ  79
    5.3.2.DVI 视频处理器系统联合测试及结果分析  79-82
  5.4 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89-90
附件  90

基于千兆以太网的LED灯饰DVI视频处理器的研制

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