专利名称：基于嵌入式以太网技术的led显示屏数据通信设备和方法
技术领域：
本发明主要涉及多媒体技术领域，特别是光电显示技术领域。
背景技术：
目前，大屏幕LED显示屏的应用已经十分广泛，其发展的关键技术问题在于以下两个方面，第一，如何进一步改观其显示效果，使其在各种应用场合中都能表现出最佳的色彩效果。第二，如何提高其抗干扰能力，增强其工作稳定性。大屏幕LED显示屏抗干扰能力差，故障率高，其原因是多方面的。数据传输的不稳定是其中一个主要原因，LED显示屏一般屏幕面积较大，受到制板和加工工艺的限制，通常都采用模块化方式进行设计，即首先设计出各显示模块，然后使用时根据实际情况将各个显示模块进行组合。模块与模块之间的连接线往往采用普通排线进行连接，由于整个LED显示屏显示模块越多，模块之间的连线也会越多，线路连接也会越复杂，这样，整个显示屏工作时出故障的几率也会越大，运行稳定性也越差，越易受干扰。
而目前，十兆、百兆、甚至千兆以太网络的快速发展，使得以太网络的通信速度越来越快，而它所具有的布线简单、误码率低、组网协议成熟等优点，完全能够满足LED显示屏数据通信的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED显示屏数据通信方法。
本发明是将嵌入式以太网技术应用于LED显示屏的高速数据传输，将计算机获取的视频数据通过网卡发送到显示屏的Hub模块，然后由Hub将数据分发到各显示屏控制模块，显示屏控制模块控制从以太网接口读取数据，并按TCP/IP协议进行解析，同时，将提取出的数据实时显示在LED屏幕上，完成了LED显示屏的数据传输过程。
本发明主要包括控制主机、显示屏Hub模块、显示屏显示控制模块和显示模块。控制主机可以是一台计算机或一个其它的网络终端设备，它直接与显示屏Hub模块相连，主要负责为显示屏显示提供所需要的数据。控制主机必须带有符合IEEE802.3标准的以太网接口，控制主机通过该接口数据发给显示屏Hub模块。显示屏Hub模块与控制主机和显示控制模块相连，主要负责接收控制主机传来的以太网数据，并将数据分发往各显示控制模块。控制主机与显示屏Hub模块，显示屏Hub模块与各显示屏控制模块之间均采用普通双绞线连接，通信协议均采TCP/IP协议。显示屏显示控制模块是本发明的核心内容，它直接与显示模块相连，主要包括一块FPGA和一个以太网接口，除实现控制显示模块正常显示外，FPGA还完成对以太网接口的初始化设置、控制以太网接口检测接收数据、按标准协议对数据进行解析、更新显示模块显示内容等功能。
本发明控制主机、显示控制模块之间采用星形拓扑结构通过显示屏Hub模块进行组网，从而实现数据的高速、稳定传输。
本发明显示控制模块主要包括FPGA、网卡芯片、阻抗变换器和RJ45接口，如附图1所示。FPGA完成对网卡芯片的初始化后，则进入循环检测状态，不断循环检测网卡芯片是否有数据包收到。具体是通过对FPGA进行编程，在FPGA内部实现一个状态机来实现的。
本发明FPGA内部状态机主要分5个状态，分别为复位状态、延时状态、初始化状态、数据接收状态和数据处理状态。各状态转移情况如附图2所示。具体内容为a.复位状态，此状态就是将网卡芯片复位引脚RSTDRV拉为高电平，使网卡芯片复位。b.延时状态，由于网卡复位操作需要至少几毫秒的时间，因而，在网卡复位信号发出以后，需要等待一段时间，确保网卡完成复位。具体延时采用触发器的方式进行，延时时间长短可通过设定计数器最大值来进行调节。c.初始化状态，此状态完成对网卡芯片的初始化操作，具体为定义两个初始化常量表，其中一个为初始化寄存器地址列表，另一个为所对应的初始化数据列表，这两个表中地址和数据为一一对应关系，整个初始化过程实际上就是依次读取两个表中的初始化地址和数据，将它们逐个写入网卡芯片的过程。d.循环检测状态，初始化完成后，网卡芯片的当前页面寄存器CURR和边界寄存器BNRY被置为相等的值，当网卡芯片收到数据时，当前页面寄存器CURR便会自动增加，因此，只需FPGA循环读取BNRY寄存器和CURR寄存器的值，当检测到BNRY寄存器的值不等于CURR时，FPGA便可以从网卡芯片中读取相应的数据，并同时使BNRY寄存器加1，直到其再次等于CURR寄存器。e.数据处理状态，当检测到收到新的数据包后，FPGA从网卡芯片中读取该数据包，并根据IP协议分析本数据包的源、目的IP地址，确认是否为本机所需数据包，如果是，则继续进行应用层解析，否则，丢弃该包。
本发明可显著增强LED显示屏抗干扰能力，提高LED显示屏的工作性能。
图1LED显示屏网络接口硬件结构示意图；图2为FPGA控制网卡软件设计状态图；图3为LED显示屏整体结构示意图；图4为显示控制系统软件设计流程图。
下面对本发明进行详细说明。
具体实施例方式
本发明即LED显示屏数据通信方法通过附图3所示结构进行具体实施将Hub模块设计于LED显示屏大屏幕后面，LED显示屏各显示控制模块通过普通双绞线直接连入Hub，整个显示屏只通过从Hub模块引出的一根双绞线与外部控制主机相连。
控制主机采集视频数据后，将数据封装后通过网卡发给以太网，具体实现是对Windwos操作系统的套接字进行编程。由于IP协议规定每个IP数据包大小不能超过1514字节，因此，可以采取将待发送数据封装成数据包的形式分批发送，每个数据包封装1024字节数据，即可满足要求。数据包在封装过程中，需要添加IP头部，其中最核心的是数据包的目的IP地址和目的MAC地址。具体确定方法为目的IP地址的前三位必须与本机IP地址的前三位相同，目的IP地址和MAC地址均根据本数据将要发往的显示模块来确定，而各显示模块的IP地址和MAC地址在设计时已经唯一确定，并且，各显示模块IP地址和MAC地址的对应关系添加在控制主机的IP地址映射缓存中，这样，控制主机就根据IP地址映射缓存中的映射关系自动添加IP头部，将数据封装。
显示屏的显示控制模块主要完成数据接收扫描控制，数据接收采用RTL8019作为接口芯片，RTL8019是Realtek公司生产的一颗外围接口简单、集快速以太网MAC层、物理层和收发器于一体、价格低廉的网络接口芯片。在本设计中，省掉了RTL8019外部的ROM和EEPROM，上电时所需的寄存器初始化参数由FPGA进行配置。
RTL8019的收发线路是一对差分线，经过变比为1∶1的以太网变压器后与网线相连，以太网变压器的主要作用是阻抗匹配，信号整形，隔离网络，滤除网络和设备的噪音。
用FPGA对RTL8019AS的RESDRV来进行复位操作。RSTDRV为高电平有效，为了使复位可靠，给该引脚施加一个1ms左右的高电平就可以复位。复位过程还会执行一些其它操作，也需要一定的时间，因此为了使它完全复位，在程序中延时了900毫秒。
FPGA对RTL8019复位完成后，接下来便进行初始化操作，初始化主要是设置物理地址、工作模式和相应的寄存器初值，每个以太网接口均设计唯一的IP地址和物理地址。然后进行网络监听状态，检查是否收到新的数据。如果没有收到，FPGA则不断循环检测，如果有新的数据到来，则将这些数据读入缓冲区，并对收到的数据按图4所示流程图进行处理FPGA对数据包进行分析，判断是ARP包还是IP包，如果是ARP包，则直接回复，如果是IP包，则继续判断是否为UDP包，如果是则对该数据包进行相应的解接收处理，完成后继续进入循环检测状态。
权利要求
1.一种LED显示屏数据通信设备，其特征在于包括控制主机、显示屏Hub模块、显示屏显示控制模块和显示模块，LED显示屏的控制模块各设计有一个以太网接口，由FPGA对显示屏进行控制，包括对以太网接口的初始化设置、控制以太网接口检测接收数据、按标准协议对数据进行解析、更新显示模块显示内容，显示屏各显示模块直接通过一个集线器后接入以太网络，实现数据在主机与显示屏之间的实时传输。
2.根据权利要求1所述的LED显示屏数据通信设备，其特征在于所述的以太网接口相互独立且分别对应一个唯一确定的物理地址。
3.一种利用权利要求1所述的LED显示屏数据通信设备进行通讯的方法，其特征在于先通过主机获取所需要显示的视频数据，再通过网卡将数据发往显示屏的Hub模块，然后由Hub将数据分发给显示屏各控制模块，由FPGA对显示屏进行控制，显示屏控制模块将所接收数据进行提取、解析，数据在以太网线路上以IP包的形式进行传输，由显示模块显示。
全文摘要
一种基于嵌入式以太网技术的LED显示屏数据通信设备和方法，LED显示屏屏体由若干个独立的显示模块组成，各显示模块由对应的控制模块控制，在每个显示控制模块均设计一个以太网接口，按照星形拓扑结构将各显示控制模块通过中心集线器接入普通以太网络，而计算机从以太网的另一个终端接入，按TCP/IP协议实现计算机与显示屏之间数据传输。本发明具有接入方便、通信稳定、可实现远程控制等特点。采用此方法可显著增强LED显示屏抗干扰能力，提高LED显示屏的工作性能。
文档编号H04L12/44GK101090353SQ20071003537
公开日2007年12月19日 申请日期2007年7月17日 优先权日2007年7月17日
发明者邓宏贵, 李志坚, 吴让亮, 方远孟 申请人:中南大学