基于ARM+FPGA的大屏幕顯示器控制系統(tǒng)設(shè)計

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 ARM軟件設(shè)計

　　根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計需求，將軟件劃分如下幾個模塊分別形成獨立的程序文件：啟動代碼模塊、串口模塊、時鐘模塊、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。啟動代碼用于初始化系統(tǒng)配置、初始化各個處理器模式下的?？臻g，初始化目標板，引導C程序運行，用匯編語言編寫;串口模塊實現(xiàn)串口的發(fā)送、接收等基本功能;時鐘模塊實現(xiàn)RTC時間的設(shè)置與讀取等基本功能;溫度和亮度傳感器模塊實現(xiàn)溫度和亮度控制;Flash管理模塊實現(xiàn)外部FLASH擦除、存儲、分配的管理，將顯示指令和顯示信息進行存儲;下載管理模塊負責與上位機通訊，下載顯示指令和信息;顯示模塊負責顯示指令的解析以及顯示信息的提取，顯示效果的處理，包括出場模式和表演模式以及各種字體字形的產(chǎn)生，同時負責送灰度數(shù)據(jù)給FPGA，本設(shè)計以啟動代碼為例闡述源代碼的編寫。

　　通常將啟動代碼劃分為5個文件：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語言使用的堆和棧的開始位置;target.c包含目標板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標板初始化程序。下面給出幾個關(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)庫并最終引導CPU進入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傳送過來的信號包括灰度數(shù)據(jù)(DATA)、系統(tǒng)時鐘(CLK)、幀同步信號(VSYNC)、行同步信號(HSYNC)、片選信號(CS2)和寫信號(WRITE)送入存儲器切換電路，存儲器切換電路將圖像數(shù)據(jù)(DAIA)分時送到靜態(tài)存儲器 SRAM1和靜態(tài)存儲器SKAM2進行存儲。SRAM1和SRAM2工作在交替讀寫狀態(tài)，即向一片SRAM寫人數(shù)據(jù)的同時，從另一片SRAM中讀出數(shù)據(jù);靜態(tài)存儲器的讀寫狀態(tài)由系統(tǒng)時鐘、幀同步、行同步以及片選信號來控制。讀地址發(fā)生器用于計算所需數(shù)據(jù)信息在存儲器中存儲的地址，以便保證LED大屏幕的正確顯示，它是由移位時鐘來控制產(chǎn)生15位讀地址信號，移位時鐘信號的工作頻率為4 MHz。讀地址發(fā)生器產(chǎn)生的讀地址信號在移位時鐘的作用下，產(chǎn)生4個分區(qū)鎖存信號，4個分區(qū)的顯示數(shù)據(jù)同時送人屏體，只有當鎖存信號有效時，才點亮顯示屏。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(紅、綠、藍灰度數(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，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COMM0、COMM1和亮度數(shù)據(jù)信號COMM2。串行發(fā)送的亮度數(shù)據(jù)信號進入8位串并轉(zhuǎn)換電路，在 COMM0、COMM1的控制下，產(chǎn)生亮度信號。

　　4 仿真及系統(tǒng)驗證

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

　　經(jīng)硬件設(shè)計和軟件編碼與調(diào)試后，將ARM軟件源代碼通過ISP下載到ARM中的FLASH后復位運行，系統(tǒng)驗證了該設(shè)計的可靠性和正確性。

　　5 結(jié)論

　　本設(shè)計采用32位ARM嵌入式微處理器S3C4510B和32位FPGA掃描驅(qū)動電路芯片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)計方案，從而解決了系統(tǒng)的運行速度、尋址能力和功耗等問題，從而支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，存儲更多的顯示內(nèi)容。