基于ARM+FPGA的大屏幕顯示器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 ARM軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，將軟件劃分如下幾個(gè)模塊分別形成獨(dú)立的程序文件：?jiǎn)?dòng)代碼模塊、串口模塊、時(shí)鐘模塊、溫度和亮度傳感器模塊、FLASH 管理模塊、下載管理模塊和顯示模塊。啟動(dòng)代碼用于初始化系統(tǒng)配置、初始化各個(gè)處理器模式下的棧空間，初始化目標(biāo)板，引導(dǎo)C程序運(yùn)行，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě);串口模塊實(shí)現(xiàn)串口的發(fā)送、接收等基本功能;時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)RTC時(shí)間的設(shè)置與讀取等基本功能;溫度和亮度傳感器模塊實(shí)現(xiàn)溫度和亮度控制;Flash管理模塊實(shí)現(xiàn)外部FLASH擦除、存儲(chǔ)、分配的管理，將顯示指令和顯示信息進(jìn)行存儲(chǔ);下載管理模塊負(fù)責(zé)與上位機(jī)通訊，下載顯示指令和信息;顯示模塊負(fù)責(zé)顯示指令的解析以及顯示信息的提取，顯示效果的處理，包括出場(chǎng)模式和表演模式以及各種字體字形的產(chǎn)生，同時(shí)負(fù)責(zé)送灰度數(shù)據(jù)給FPGA，本設(shè)計(jì)以啟動(dòng)代碼為例闡述源代碼的編寫(xiě)。

　　通常將啟動(dòng)代碼劃分為5個(gè)文件：startup.s、IRQ.s、stack.s、heap.s和target.c。startup.s包含中斷向量表和系統(tǒng)初始化代碼;IRQ.s包含中斷服務(wù)程序與C程序的接口代碼;stack.s和heap.s保存C語(yǔ)言使用的堆和棧的開(kāi)始位置;target.c包含目標(biāo)板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標(biāo)板初始化程序。下面給出幾個(gè)關(guān)鍵的初始化程序段供參考。

　　1.中斷向量表

　　2.系統(tǒng)初始化代碼

　　ResetInit

　　BL Initstack;初始化芯片各種模式的堆棧

　　BL TargetResetInit：目標(biāo)板基本初始化

　　B Main;跳轉(zhuǎn)到ADS提供的_ain函數(shù)處，它初始化函數(shù)庫(kù)并最終引導(dǎo)CPU進(jìn)入main()函數(shù)

　　3.初始化CPU堆棧Initstack(源代碼略)

　　3.2 FPGA內(nèi)部的功能模塊

　　圖4為FPGA內(nèi)部的功能模塊圖。FPGA將ARM傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)包括灰度數(shù)據(jù)(DATA)、系統(tǒng)時(shí)鐘(CLK)、幀同步信號(hào)(VSYNC)、行同步信號(hào)(HSYNC)、片選信號(hào)(CS2)和寫(xiě)信號(hào)(WRITE)送入存儲(chǔ)器切換電路，存儲(chǔ)器切換電路將圖像數(shù)據(jù)(DAIA)分時(shí)送到靜態(tài)存儲(chǔ)器 SRAM1和靜態(tài)存儲(chǔ)器SKAM2進(jìn)行存儲(chǔ)。SRAM1和SRAM2工作在交替讀寫(xiě)狀態(tài)，即向一片SRAM寫(xiě)人數(shù)據(jù)的同時(shí)，從另一片SRAM中讀出數(shù)據(jù);靜態(tài)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)狀態(tài)由系統(tǒng)時(shí)鐘、幀同步、行同步以及片選信號(hào)來(lái)控制。讀地址發(fā)生器用于計(jì)算所需數(shù)據(jù)信息在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的地址，以便保證LED大屏幕的正確顯示，它是由移位時(shí)鐘來(lái)控制產(chǎn)生15位讀地址信號(hào)，移位時(shí)鐘信號(hào)的工作頻率為4 MHz。讀地址發(fā)生器產(chǎn)生的讀地址信號(hào)在移位時(shí)鐘的作用下，產(chǎn)生4個(gè)分區(qū)鎖存信號(hào)，4個(gè)分區(qū)的顯示數(shù)據(jù)同時(shí)送人屏體，只有當(dāng)鎖存信號(hào)有效時(shí)，才點(diǎn)亮顯示屏。從SRAM讀出的灰度數(shù)據(jù)DAIA送入灰度值發(fā)生器，并根據(jù)屏體顯示結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，轉(zhuǎn)化成LED顯示屏要求的上屏數(shù)據(jù)信號(hào)(紅、綠、藍(lán)灰度數(shù)據(jù))。三色的上屏數(shù)據(jù)送入串行發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，并在移位時(shí)鐘的作用下串行發(fā)送至屏體。在將一片SRAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后上屏的同時(shí)，通知微處理器發(fā)送下一屏數(shù)據(jù)。此外，ARM還發(fā)送兩位亮度控制信號(hào)COMM0、COMM1和亮度數(shù)據(jù)信號(hào)COMM2。串行發(fā)送的亮度數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入8位串并轉(zhuǎn)換電路，在 COMM0、COMM1的控制下，產(chǎn)生亮度信號(hào)。

　　4 仿真及系統(tǒng)驗(yàn)證

　　使用ModelSim仿真用VHDL編寫(xiě)的掃描驅(qū)動(dòng)電路波形如圖5。從圖5可知，從ARM接收到的數(shù)據(jù)data(01010101)存入到外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器SRAM2，m2ma是存儲(chǔ)器2的地址線，它根據(jù)控制信號(hào)(tp1，tp2，cs2，swite)的控制作用連續(xù)增加;cm2d是存儲(chǔ)器2的數(shù)據(jù)線，將data數(shù)據(jù)存入，則cm2d為01010101，同時(shí)從存儲(chǔ)器1中讀出數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后送給red0、ged0、bed0，從而驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電路的正確性。

　　經(jīng)硬件設(shè)計(jì)和軟件編碼與調(diào)試后，將ARM軟件源代碼通過(guò)ISP下載到ARM中的FLASH后復(fù)位運(yùn)行，系統(tǒng)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可靠性和正確性。

　　5 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)采用32位ARM嵌入式微處理器S3C4510B和32位FPGA掃描驅(qū)動(dòng)電路芯片PolarProQLlP300，選用 IS61C1024靜態(tài)RAM作為緩存器，組成由多塊大屏幕LED顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)，選用ARM+RAM+FPGA設(shè)計(jì)方案，從而解決了系統(tǒng)的運(yùn)行速度、尋址能力和功耗等問(wèn)題，從而支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，存儲(chǔ)更多的顯示內(nèi)容。