基于ARM+FPGA的大屏幕顯示器控制系統設計

　　3 系統軟件設計

　　3.1 ARM軟件設計

　　根據該系統的設計需求，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配置、初始化各個處理器模式下的棧空間，初始化目標板，引導C程序運行，用匯編語言編寫;串口模塊實現串口的發送、接收等基本功能;時鐘模塊實現RTC時間的設置與讀取等基本功能;溫度和亮度傳感器模塊實現溫度和亮度控制;Flash管理模塊實現外部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生，同時負責送灰度數據給FPGA，本設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初始化代碼;IRQ.s包含中斷服務程序與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。下面給出幾個關鍵的初始化程序段供參考。

　　1.中斷向量表

　　2.系統初始化代碼

　　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;跳轉到ADS提供的_ain函數處，它初始化函數庫并最終引導CPU進入main()函數

　　3.初始化CPU堆棧Initstack(源代碼略)

　　3.2 FPGA內部的功能模塊

　　圖4為FPGA內部的功能模塊圖。FPGA將ARM傳送過來的信號包括灰度數據(DATA)、系統時鐘(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據(DAIA)分時送到靜態存儲器 SRAM1和靜態存儲器SKAM2進行存儲。SRAM1和SRAM2工作在交替讀寫狀態，即向一片SRAM寫人數據的同時，從另一片SRAM中讀出數據;靜態存儲器的讀寫狀態由系統時鐘、幀同步、行同步以及片選信號來控制。讀地址發生器用于計算所需數據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。讀地址發生器產生的讀地址信號在移位時鐘的作用下，產生4個分區鎖存信號，4個分區的顯示數據同時送人屏體，只有當鎖存信號有效時，才點亮顯示屏。從SRAM讀出的灰度數據DAIA送入灰度值發生器，并根據屏體顯示結構進行數據重組，轉化成LED顯示屏要求的上屏數據信號(紅、綠、藍灰度數據)。三色的上屏數據送入串行發送數據寄存器，并在移位時鐘的作用下串行發送至屏體。在將一片SRAM中的數據轉換后上屏的同時，通知微處理器發送下一屏數據。此外，ARM還發送兩位亮度控制信號COMM0、COMM1和亮度數據信號COMM2。串行發送的亮度數據信號進入8位串并轉換電路，在 COMM0、COMM1的控制下，產生亮度信號。

　　4 仿真及系統驗證

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

　　經硬件設計和軟件編碼與調試后，將ARM軟件源代碼通過ISP下載到ARM中的FLASH后復位運行，系統驗證了該設計的可靠性和正確性。

　　5 結論

　　本設計采用32位ARM嵌入式微處理器S3C4510B和32位FPGA掃描驅動電路芯片PolarProQLlP300，選用 IS61C1024靜態RAM作為緩存器，組成由多塊大屏幕LED顯示器構成的顯示系統，選用ARM+RAM+FPGA設計方案，從而解決了系統的運行速度、尋址能力和功耗等問題，從而支持更大可視區域的穩定顯示，存儲更多的顯示內容。