CN113035113A - 一种基于fpga的显示屏驱动方法及系统 - Google Patents

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陈召全
王竞
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Abstract

本发明公开了视频信号处理技术领域的一种基于FPGA的显示屏驱动方法及系统，旨在解决现有技术中显示屏将所接收的HDMI信号转为MIPI信号需要采用专用芯片进行转换，但由于专用芯片开发不具备灵活性，实现信号断开后显示字符画面、对比度调节等功能时不具备优势的技术问题。所述方法包括如下步骤：响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。

Description

一种基于FPGA的显示屏驱动方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的显示屏驱动方法及系统，属于视频信号处理技术领域。
背景技术
随着有机发光半导体（OrganicElectroluminesence Display，OLED）屏应用的普及化以及用户对显示效果的高要求，小尺寸屏的传输速度越来越高，2K及4K的高清图像应用越来越广泛，对信号处理的要求也越来越高。目前，高清图像的短距离传输多以移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）为主，单个通道的传输带宽能达到1.5Gsps，OLED屏对外接口有双路和单路MIPI接口，单路传输高速率时需要采用压缩编码方式，需要压缩算法相配合，而双路的MIPI接口可以有效降低传输速率要求。
显示屏作为终端显示产品，将所接收的HDMI信号转为MIPI信号的成熟方案是使用专用芯片直接转换得到，但专用芯片开发不具备灵活性，若要实现信号断开后显示字符画面、对比度调节等其他功能时不具备优势。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的显示屏驱动方法及系统，以解决现有技术中显示屏将所接收的HDMI信号转为MIPI信号需要采用专用芯片进行转换，但由于专用芯片开发不具备灵活性，实现信号断开后显示字符画面、对比度调节等功能时不具备优势的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于FPGA的显示屏驱动方法，包括如下步骤：
响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；
响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。
进一步地，所述视频信号为单路视频信号，所述显示屏具有双路MIPI接口；
传输外部时序信号所对应的视频信号，包括：将单路视频信号转换为双路视频信号，对应传输至双路MIPI接口。
进一步地，还包括：
响应于亮度调节指令，提取亮度调节指令所的数据包；
解析数据包以获取亮度数据；
基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令。
进一步地，所述显示屏设有亮度寄存器；
基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令，包括：
对亮度寄存器进行初始化配置；
基于亮度数据对亮度寄存器进行配置。
进一步地，所述视频信号包括RGB信号或／和HDMI信号，所述显示屏包括OLED显示屏。
为达到上述目的，本发明还提供了一种基于FPGA的显示屏驱动系统，包括：
外视频信号检测模块：用于检测外部时序信号发生或消失；
字符画面产生模块：用于生成字符画面；
信号切换模块：用于响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；以及响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。
进一步地，还包括：
单路转双路模块：用于将单路视频信号转换为双路视频信号，对应传输至双路MIPI接口。
进一步地，还包括：
串口解析模块：用于响应于亮度调节指令，提取亮度调节指令所的数据包，以及解析数据包以获取亮度数据；
寄存器配置模块：用于基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：在HDMI解码器与MIPI解码器之间加入了FPGA控制器，利用外视频信号检测模块检测外部时序信号有无，利用字符画面产生模块生成“无信号”的字符画面，利用信号切换模块在“无信号”的内部视频画面与外部接入视频画面之间进行切换，利用单路转双路模块将单路视频信号转换为双路视频信号，利用串口解析模块和寄存器配置模块来解析外部输入的亮度调节指令，对显示屏的亮度、对比度数据进行调节，从而很好地解决了采用专用芯片开发不具备灵活性的技术问题。本发明方法及系统利用FPGA技术灵活性强、执行效率高、功能扩展性好的特点，在既有技术方案技术上可实现灵活开发，进一步增加额外的画面、对比度调节、左右镜像等功能。
附图说明
图1是本发明方法实施例的原理示意图；
图2是本发明方法实施例中FPGA控制器的逻辑设计框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施方式提供了一种基于FPGA的显示屏驱动方法，如图1所示，是本发明方法实施例的原理示意图，包括如下步骤：
第一步，由HDMI解码器接收外视频，该外视频是由视频信号源产生的HDMI视频信号，分辨率为1440*2560@60Hz。
第二步，HDMI解码器将该HDMI视频信号转换为单路的光学三原色（RGB）信号，即：R0~R7，G0~G7，B0~B7，HS，VS，EN，CLK。其中，R为红色通道，G为绿色通道，B为蓝色通道，HS为液晶显示器的行同步信号，VS为液晶显示器的场同步信号，DE为有效数据选通信号，CLK为时钟信号。
第三步，由现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）控制器实现如下功能：
（1）将前述单路RGB信号转换为双路RGB信号，即：RGB_0信号（R00~R07，G00~G07，B00~B07，HS0，VS0， EN0，CLK0），以及RGB_1信号（R10~R17，G10~G17，B10~B17，HS1，VS1，EN1，CLK1）；
（2）检测外部输入的HDMI信号有无，生成“无信号”的字符画面；
（3）当HDMI信号发生时，将步骤（1）中转换生成的RGB_0和RGB_1两路信号传输至MIPI编码器；当HDMI信号消失时，将步骤（2）中生成的“无信号”字符画面传输至MIPI编码器；
（4）通过串口获取外部输入的亮度调节指令，在对亮度调节指令进行解析后，通过串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）对OLED显示屏进行亮度控制。
第四步，由MIPI编码器将双路RGB信号（RGB_0和RGB_1）转换为双路MIPI信号（MIPI_0和MIPI_1），再传输至OLED显示屏；以及将“无信号”字符画面传输至OLED显示屏。
第五步，由OLED显示屏接收双路MIPI接口视频信号显示画面。
由此可见，本发明方法的基本原理是：
a) 将外部输入的HDMI接口视频信号经过HDMI解码器转换为RGB信号；
b) 将单路RGB信号转换为双路RGB信号；
c) 检测外部输入的视频画面，若无则输出“无信号”字符画面；
d) 将双路RGB信号转换为双路MIPI接口视频信号；
e) 接收串口指令实现255级亮度调节。
前述a）和d）分别由HDMI解码芯片和MIPI编码芯片实现，b）、c）和e）功能由FPGA控制器实现。FPGA是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物，作为一种通用的硬件设计平台，具有运算速度快、并行性高和可重构等特点，本发明方法正是利用了FPGA技术灵活性强、执行效率高的特点，在对外部视频信号进行解析、转换的同时，增加了输出字符画面、进行亮度和对比度调节等功能，显著增强了OLED显示屏驱动的灵活性和功能拓展性。
更具体的，如图2所示，是本发明方法实施例中FPGA控制器的逻辑设计框图，主要包括外视频信号检测、字符画面产生、信号切换、单路转双路、串口解析、MIPI寄存器配置等功能模块，其执行逻辑如下：
第1步，外视频信号检测模块检测外部时序信号发生或消失，即检测外部输入的HDMI信号有无，并产生视频信号有无的标志位，供后续模块使用。
第2步，字符画面产生模块产生“无信号”的字符数据及对应的HS、VS、DE信号。
第3步，信号切换模块根据视频信号有无标志位，来切换内外部视频画面。即：如果外部时序信号发生，传输由外部HDMI信号经前述HDMI解码器转换的RGB信号；如果外部时序信号消失，传输由字符画面产生模块所生成字符数据。
第4步，单路转双路模块用于将切换为外部视频后的单RGB信号转换为双路RGB信号，分别为RGB_0和RGB_1通道信号，该模块将外部输入的1440列数据分为两个720列数据，对应关系分别为RGB_0（0~719）和RGB_1（720~1439），输出至OLED屏显示。
第5步，串口解析模块接收外部输入的亮度调节指令的数据包，解析出255级亮度数据，输出至MIPI寄存器配置模块，实现亮度调节功能。
第6步，MIPI寄存器配置模块通过SPI接口给MIPI编码芯片配置相关的寄存器，同时实现亮度调节，尤其是配置单channel传输速率及双channel模式的2个关键的寄存器。
本发明具体实施方式还提供了一种基于FPGA的显示屏驱动系统，该系统用于实现前述发明方法，包括：
外视频信号检测模块：用于检测外部时序信号发生或消失；
字符画面产生模块：用于生成字符画面；
信号切换模块：用于响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；以及响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。
单路转双路模块：用于将单路视频信号转换为双路视频信号，对应传输至双路MIPI接口。
串口解析模块：用于响应于亮度调节指令，提取亮度调节指令所的数据包，以及解析数据包以获取亮度数据；
寄存器配置模块：用于基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的显示屏驱动方法，其特征是，包括如下步骤：
响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；
响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的显示屏驱动方法，其特征是，所述视频信号为单路视频信号，所述显示屏具有双路MIPI接口；
传输外部时序信号所对应的视频信号，包括：将单路视频信号转换为双路视频信号，对应传输至双路MIPI接口。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的显示屏驱动方法，其特征是，还包括：
响应于亮度调节指令，提取亮度调节指令所的数据包；
解析数据包以获取亮度数据；
基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的显示屏驱动方法，其特征是，所述显示屏设有亮度寄存器；
基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令，包括：
对亮度寄存器进行初始化配置；
基于亮度数据对亮度寄存器进行配置。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的显示屏驱动方法，其特征是，所述视频信号包括RGB信号或／和HDMI信号，所述显示屏包括OLED显示屏。
6.一种基于FPGA的显示屏驱动系统，其特征是，包括：
外视频信号检测模块：用于检测外部时序信号发生或消失；
字符画面产生模块：用于生成字符画面；
信号切换模块：用于响应于外部时序信号发生，向显示屏传输外部时序信号所对应的视频信号；以及响应于外部时序信号消失，向显示屏传输预生成的字符画面。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的显示屏驱动系统，其特征是，还包括：
单路转双路模块：用于将单路视频信号转换为双路视频信号，对应传输至双路MIPI接口。
8.根据权利要求6所述的基于FPGA的显示屏驱动系统，其特征是，还包括：
串口解析模块：用于响应于亮度调节指令，提取亮度调节指令所的数据包，以及解析数据包以获取亮度数据；
寄存器配置模块：用于基于亮度数据向显示屏发送亮度配置指令。
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