FPGA芯片控制全彩LED大屏幕图像显示系统设计的目的是实现对全彩LED大屏幕的图像显示控制，同时具备作为发送端输出高清图像数据的能力。在数字技术的推动下，数字显示屏的发展极为迅速，涌现出了包括LED、LCD、DLP等多种形式的显示屏。为了控制这些大屏幕，系统的控制方法多种多样，常见的有ARM+FPGA脱机控制系统以及PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片联机控制系统。
DVI接口，全称为Digital Visual Interface，是一种基于TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）电子协议的接口，用作基本电气连接。TMDS是一种微分信号机制，它可以编码像素数据，并通过串行连接进行传输。DVI接口有两种类型，分别是DVI-D和DVI-I。DVI-D接口仅支持数字信号，有24个针脚，而DVI-I接口可以兼容模拟和数字信号。本文介绍的系统中使用的是DVI-D接口。
FPGA控制全彩LED大屏幕系统原理上，采用的是Xilinx公司的Spartan-3系列中的X3C1400A-5型号FPGA芯片。该芯片能够对DDR-SDRAM进行最大时钟为200MHz的控制。DVI解码芯片采用的是TI公司的TFP401型号芯片，它接收来自计算机DVI接口的编码图像数据，将这些串行数据解码成24位的RGB三原色并行数据，以及行同步、场同步、数据使能和时钟信号，然后将这些信号传送给FPGA芯片。FPGA芯片中的FIFO（First-In-First-Out）负责图像数据的缓冲，其时钟信号在高分辨率图像时可高达165MHz，最大带宽达到3.96GHz。因此在选择外部存储器时必须考虑带宽需求。
DDC（Display Data Channel）是显示设备与主机之间的通讯方式，用于实现即插即用功能。DDC标准包括DDC1、DDC2B和DDC2B+等。其中，DDC2B是基于I2C通信协议的准双向通信。DDC通道通过主机向显示器发出需求信号，并接收显示器的响应，传输EDID（Extended Display Identification Data）数据。EDID包含显示设备的基本参数，如制造商、产品名称、最大行场频率和支持的分辨率等。这些参数存储在E2PROM中，当DVI接口接上时，计算机会自动将各种参数输入到E2PROM中，以便DVI接口输出基于这些参数的标准图像数据。
在缓冲存储图像数据方面，由于DVI芯片到FPGA芯片的图像数据时钟为165MHz，而输出到DDR-SDRAM存储器的时钟频率为200MHz，因此需要使用异步FIFO进行缓冲。图像数据在FPGA芯片中的FIFO缓冲到24位宽度和2048深度的大小后，再以200MHz的时钟频率输出到DDR-SDRAM存储器。双数据率时钟使有效数据时钟达到400MHz，从而满足带宽要求。
整个系统设计是一种联机控制系统，可以控制全彩LED大屏幕的显示，并且可以作为发送端输出高清图像数据。系统采用PC+DVI接口解码芯片+FPGA芯片+输出接口模式的联机控制系统进行控制。通过这种方式，系统设计不仅能够应用于全彩LED大屏幕的显示，还能够满足高清图像数据的传输需求。
本文中关于DVI-D接口和DVI-I接口的描述提供了对这两种接口特性的详细说明，强调了它们在兼容性方面的区别以及在选择时需要考虑的因素。DVI-I接口虽然可以同时兼容模拟和数字信号，但是并不意味着可以将D-Sub接口直接连接到DVI-I接口上，而是需要通过一个转换接头。通常，使用DVI-I接口的显卡会附带相关的转换接头。
在对全彩LED大屏幕的图像显示系统进行设计时，还需要注意FPGA芯片与外部存储器之间的带宽匹配问题。这涉及到时钟频率、数据位宽和利用率的综合考量，以确保图像数据能够高效地传输和处理。同时，异步FIFO的使用则解决了时钟频率不匹配问题，保证了数据传输的顺畅。
总而言之，FPGA控制全彩LED大屏幕图像显示系统的设计是一个综合性的工程项目，它涵盖了数字信号处理、视频解码、高速数据传输和存储器管理等多个技术领域。通过精心的设计与调试，该系统可以实现高质量的图像显示效果，满足现代数字显示技术的需求。
