ARM11嵌入式系統(tǒng)實時網絡通信和LCD顯示的實現(xiàn)

摘要：通過對ARM11嵌入式系統(tǒng)Linux下的實時網絡通信和LCD顯示進行研究，分析了網絡通信協(xié)議和LCD驅動方式。在ARM11嵌入式系統(tǒng)下設計了直接讀寫GPIO的LCD顯示程序，并實現(xiàn)網絡終端服務器和客戶端雙線程的工作模式，解決了網絡通信實時性和可靠性的問題。實際應用表明：該方法LCD顯示速度快、網絡通信實時性強可靠性好、ARM11和計算機的資源利用率高。
關鍵詞：ARM11；實時網絡通信；LCD；Linux

0 引言
ARM11主頻為533 MHz，最高可達667 MHz，較ARM7主頻提高了10倍，且擁有更豐富的片上資源，處理速度更快，功能更強。基于上述特點，ARM11可完全適應實時性較強的網絡終端的設計。
在以ARM11為核心的網絡終端設計中，需要LCD在終端實時顯示網絡通信的各項參數(shù)和設備工作狀態(tài)，LCD的顯示內容依靠網絡傳輸數(shù)據(jù)中的指令來控制，而網絡終端的操作數(shù)據(jù)也要通過網絡傳輸?shù)接嬎銠C，因此網絡通信和LCD顯示需要很強的實時性才能合理使用計算機和ARM11的資源，從而提高系統(tǒng)的運行效率。
該文以ARM11處理器S3C6410為平臺，基于Linux操作系統(tǒng)設計了一種在ARM11內核直接控制LCD顯示的方法，并采用TCP／IP協(xié)議設計了一種同時作客戶端和服務器的終端工作模式。

1 ARM11網絡終端實時通信特性分析
1．1 數(shù)據(jù)流分析
在計算機與ARM11通信的系統(tǒng)中，計算機的處理速度比ARM11快很多，如將數(shù)據(jù)處理等工作量大的任務分配給計算機去處理，則可大大減少ARM11的資源消耗，ARM11就可以更快地去響應其他操作，因此為了減少ARM11顯示任務的時間，可以將ARM11要顯示圖片的數(shù)據(jù)處理交給計算機，計算機按照ARM11顯示的數(shù)據(jù)要求處理好數(shù)據(jù)后再通過網絡傳到ARM11再完成LCD的顯示。此外，ARM11網絡終端還要向計算機傳輸設備工作狀態(tài)信息，計算機則還要向網絡終端傳輸一些控制命令。
1．2 通信協(xié)議分析
網絡通信必然涉及到通信協(xié)議的問題，目前普遍采用的網絡協(xié)議有UDP協(xié)議和TCP／IP協(xié)議。在實時性要求較高的網絡通信中希望能做到想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收。兩個協(xié)議中UDP比較符合這個要求，但是它不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕敂?shù)據(jù)較多時很可能會發(fā)生嚴重的丟包現(xiàn)象，尤其是像LCD顯示的圖片數(shù)據(jù)這類數(shù)據(jù)較大而且傳輸頻繁的數(shù)據(jù)，可能會嚴重影響液晶顯示這是不能被接受的。相比之下TCP／IP協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?br /> 在TCP／IP協(xié)議ARM11網絡終端作為服務器或者客戶端是不能做到隨時想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收的，比如作為服務器接收完來自計算機的數(shù)據(jù)后，如果計算機斷開了連接，那么網絡終端再想向計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，就必須等到計算機再次作為客戶端向終端發(fā)起連接才行。為了解決TCP／IP協(xié)議的這種問題，本文設計了網絡終端和計算機既作客戶端又作服務器的雙線程工作模式，在這種工作模式下終端和計算機隨時能發(fā)起和斷開連接，從而做到隨時想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收。

2 LCD顯示的軟件設計
2．1 LCD的顯示方法分析
(1)基于Framebuffer驅動方式。在Linux下有完善的Framebuffer驅動程序，所以可以利用ARM11集成的LCD控制器采用Framebuffer控制LCD，F(xiàn)ramebuffer是顯示設備抽象為幀緩沖區(qū)，用戶通過內存映射將其映射到進程地址空間之后，就可以直接進行讀寫操作，而操作可以直接反應到屏幕上。該方法反應速度快、執(zhí)行效率高，應用程序簡單，但是底層硬件驅動復雜，硬件變更后編寫難度大，不易實現(xiàn)。不帶控制器的LCD通常采用這種方法。
(2)直接讀寫GPIO驅動方式。目前有很多類型的液晶屏自帶LCD控制器，ARM向控制器寫控制指令和數(shù)據(jù)就可以完成對LCD的初始化和內容的顯示。這種顯示方法軟件設計相對簡單，占用的代碼空間小，可以通過簡單的控制芯片進行驅動。針對自帶控制器的LCD，本文設計了直接讀寫GPIO驅動LCD的方法。該方法在底層驅動向LCD控制器和LCD的應用程序提供接口，LCD控制器的讀寫時序全部在底層驅動中完成，底層驅動向應用程序提供初始化接口和顯示數(shù)據(jù)接口。該方法應用程序和內核的交互少，程序執(zhí)行效率高。
2．2 LCD顯示的實現(xiàn)
通過上述分析，本文設計直接讀寫GPIO驅動帶LCD控制器的液晶屏，該方法的程序結構如圖1所示。

在底層驅動中主要包括以下幾個函數(shù)：
(1)初始化函數(shù)s3c6410_inti。該函數(shù)包括2部分的初始化：一是對ARM11用于同LCD控制器相連GPIO口控制寄存器的初始化，核心語句是writel(tmp，S3C64XX_GPICON)，其中writel是驅動層的寫函數(shù)，tmp是寫入控制寄存器的數(shù)據(jù)，S3C64XX_GPICON是S3C6410中第I組GPIO口的控制寄存器，如果采用別的GPIO口就改用別的控制寄存器宏定義；二是對LCD控制器初始化。
(2)寫數(shù)據(jù)函數(shù)s3c6410_WRData和寫命令函數(shù)s3c6410_WRCommand。這2個函數(shù)按照具體LCD控制寄存器的寫數(shù)據(jù)時序和寫命令時序，完成對LCD控制器的寫數(shù)據(jù)和寫命令，向GPIO寫數(shù)據(jù)的函數(shù)是writel(tmp，S3C64XX_GPIDAT)，writel和tmp與上述相同，S3C64XX_GPIDAT是S3C64 10中第I組GPIO口的數(shù)據(jù)寄存器。
(3)顯示函數(shù)s3c6410_LCDdisplay。該函數(shù)通過調用寫命令函數(shù)和寫數(shù)據(jù)函數(shù)到達在液晶屏上具體位置顯示具體圖片或文字的效果。
(4)系統(tǒng)調用接口函數(shù)s3c64xx_ioctl(structfile*file，int cmd，long int data)。該函數(shù)定義s3c6410_inti和s3c6410_LCDdisplay2個函數(shù)接口通過系統(tǒng)調用iotcl(fd，1，xx)和iotcl(fd，2，xx)，以供應用程序調用，應用程序使用iotcl(fd，1，xx)就可初始化結晶屏，只需要向s3c6410_LCDdisplay的接口iotcl(fd，2，xx)中寫數(shù)據(jù)就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的LCD顯示。