Nios II的LlED顯示屏控制器設(shè)計

摘要：基于μC／OS-II實時操作系統(tǒng)實現(xiàn)多任務(wù)管理運行模式，采用Nios II 32位處理器作為LED顯示屏控制系統(tǒng)的核心，控制單屏幕多窗口任意顯示。整個控制系統(tǒng)在一片F(xiàn)PGA上實現(xiàn)，使用SOPC Builder軟件定制集成IP核，通過外擴存儲設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量存儲，解決了FPGA內(nèi)部資源相對不足的問題。同時，合理組織數(shù)據(jù)存儲方式，降低了數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。
關(guān)鍵詞：Nios II；大屏幕顯示；FPGA；μC／OS-II

引言
目前，LED大屏幕顯示系統(tǒng)按數(shù)據(jù)傳輸方式分為兩類：一是同步實時顯示，即計算機顯示系統(tǒng)的內(nèi)容同時在LED視頻顯示屏上顯示；二是異步通信更新數(shù)據(jù)顯示，計算機通過USB、通用串行接口、以太網(wǎng)等通信方式將數(shù)據(jù)傳送給獨立視頻源顯示屏。通常，異步通信控制方式只能將屏幕作為一個完整的區(qū)域顯示，對于較大屏幕的顯示系統(tǒng)，有時需要將整屏分為若干個窗口分別顯示不同的內(nèi)容，且內(nèi)容的更新只是某一個或幾個窗口。針對這種情況，本文提出了一種基于Nios II 32位處理器的設(shè)計方案，能有效地實現(xiàn)單屏幕多窗口的任意位置顯示，使得顯示方式更加靈活方便。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
LED顯示系統(tǒng)主要由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、掃描控制模塊、顯示驅(qū)動模塊和LED屏構(gòu)成，如圖1所示。

計算機系統(tǒng)將要顯示的點陣信息通過RS485串行接口送往存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)處理模塊讀取存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)并進行各種特技顯示處理，將處理好的數(shù)據(jù)送往掃描控制模塊，顯示驅(qū)動模塊接收到掃描控制模塊的數(shù)據(jù)后送往LED屏上顯示。數(shù)據(jù)通信傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、掃描控制模塊3部分均在FPGA上實現(xiàn)，即構(gòu)成LED異步控制器。
1．2 系統(tǒng)軟件方案
軟件基于Nios II IDE開發(fā)完成，應(yīng)用程序基于μC／OS-II實時操作系統(tǒng)實現(xiàn)。軟件程序主要由2個任務(wù)和1個定時器中斷服務(wù)程序組成，任務(wù)問采用信號量的方式進行通信。任務(wù)1將上位機傳送到CF卡存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存中；任務(wù)2從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)并進行分析處理，把分析處理完的數(shù)據(jù)送往掃描控制模塊。為了充分利用μC／OS-II的實時性和多任務(wù)的特點，采用嵌入式文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理。

2 控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計
數(shù)據(jù)處理模塊由Nios II軟核CPU、1片SDRAM和1片F(xiàn)lash存儲器組成。Nios II軟核CPU是整個控制器的核心，負責(zé)數(shù)據(jù)的處理；SDRAM作為CPU處理數(shù)據(jù)時的緩存使用；Flash存儲器用于存儲點陣信息數(shù)據(jù)和LED屏顯示控制參數(shù)。