索　靜，劉　杰

（太原工業(yè)學(xué)院，太原　030008）

基于ARM的LED指揮控制終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

索靜，劉杰

（太原工業(yè)學(xué)院，太原030008）

LED顯示屏是現(xiàn)代社會發(fā)布信息的一種重要方式，通過LED顯示屏可以播放視頻、文字等不同形式的信息，為人們傳達(dá)最直觀的視覺信息。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，LED顯示屏的應(yīng)用也日漸廣泛，尤其是軍事上的應(yīng)用，比如基于LED顯示屏的各種級別指揮控制終端的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，具有更為深入的研究價(jià)值。而ARM處理器是實(shí)現(xiàn)LED顯示屏控制系統(tǒng)有效運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要針對基于ARM的LED顯示屏指揮控制終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

LED顯示屏，指揮控制終端系統(tǒng)，ARM，嵌入式系統(tǒng)

0　引言

在信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用的推動下，軍隊(duì)指揮手段逐步由功能單一、業(yè)務(wù)分離的獨(dú)立系統(tǒng)向功能綜合化、結(jié)構(gòu)一體化的軍隊(duì)指揮信息系統(tǒng)方向發(fā)展。建設(shè)和發(fā)展一體化的軍隊(duì)指揮信息系統(tǒng)，是搞好信息化條件下軍隊(duì)指揮、打贏信息化戰(zhàn)爭的客觀需求。設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)基于ARM 的LED顯示屏軍隊(duì)指揮控制系統(tǒng)終端，對于軍事指揮信息高效處理、顯示、傳遞具有重要意義。

LED顯示屏是利用LED點(diǎn)陣模塊或者像素單元形成的平面式顯示屏幕，是顯示媒體領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛、且電子技術(shù)應(yīng)用較為集中的一種。隨著LED顯示屏的應(yīng)用越來越廣泛，人們對于LED顯示屏控制系統(tǒng)的要求也越來越高。當(dāng)前，大部分LED顯示屏的控制系統(tǒng)都使用PC機(jī)作為控制終端，在控制功能方面相對較為穩(wěn)定，但是由于PC機(jī)本身的功能不夠全面，所以在應(yīng)用的過程中經(jīng)常出現(xiàn)反應(yīng)遲緩、無法根據(jù)LED顯示屏的應(yīng)用環(huán)境隨時(shí)變更等問題，這使得LED顯示屏的應(yīng)用過程中也造成了不同程度的成本耗損，所以，如果可以通過嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提高LED顯示屏指揮控制終端的有效運(yùn)行，則可以提高軍隊(duì)指揮系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，減少功能損耗。

1　ARM與嵌入式系統(tǒng)

ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，其本身是一個企業(yè)的名稱，同時(shí)更是一類微處理器的統(tǒng)稱，早期的ARM從事的是IP核的技術(shù)開發(fā)與處理，建立在ARM基礎(chǔ)上的核心處理器具有耗能低、功能強(qiáng)等顯著的特點(diǎn)，因此，也受到了很多軟件開發(fā)商的歡迎，并且為現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。ARM的顯著特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①處理器的體積小、制作成本低，但是卻具有強(qiáng)大的處理功能，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中不會產(chǎn)生較大的功耗損失；②支持支持Thumb＜16位）/ARM＜32位）雙指令集的運(yùn)行要求，可以滿足8/16位器件的兼容運(yùn)行要求；③處理器中包含大量的指令和數(shù)據(jù)，可以根據(jù)不同的指令要求做出調(diào)整快速運(yùn)行，所以運(yùn)行效率比其他處理器更快；④在寄存器中可以完成相當(dāng)多的指令要求和數(shù)據(jù)操作要求，減少對處理器內(nèi)存的占用，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，ARM處理器的性能也在不斷提升，應(yīng)用范圍越來越廣泛，將其應(yīng)用到LED顯示屏的控制終端系統(tǒng)中，可以提高LED顯示屏的控制效率。

2　LED顯示屏指揮控制終端的系統(tǒng)組成

2.1LED顯示屏控制系統(tǒng)的原理

LED顯示屏的控制功能實(shí)現(xiàn)，需要通過顯示終端和控制終端的雙向控制器完成控制指令，才能實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的終端信息獲得順利顯示。基于ARM的LED顯示屏控制終端主要是通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的作用，為用戶提供信息編輯和輸入途徑，再通過下位機(jī)的控制功能對信息進(jìn)行管理和控制。在LED顯示屏控制終端系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要將用戶輸入的文字、圖片等信息全部轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，通過ARM的總線處理功能發(fā)送到各個不同位置上的LED控制卡，將每個位置上的控制卡作為下主機(jī)接受來自控制系統(tǒng)終端的控制信息，并且將信息存儲在相應(yīng)的存儲器中，再按照不同位置上的驅(qū)動方式生成相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，完成對LED顯示屏的信息輸出。

2.2LED顯示屏控制系統(tǒng)的組成

LED顯示屏控制終端系統(tǒng)的組成部分主要有顯示控制系統(tǒng)、LED顯示屏和上位計(jì)算機(jī) （如圖1），而顯示控制系統(tǒng)是其核心組成部分。

圖1　LED顯示屏控制系統(tǒng)的組成

LED顯示屏控制系統(tǒng)的工作流程：顯示控制電路與上位機(jī)之間按照規(guī)定的方式完成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息的傳遞，由上位計(jì)算機(jī)向系統(tǒng)顯示控制電路系統(tǒng)發(fā)送控制指令。運(yùn)用32位ARM微處理器對控制指令包進(jìn)行收集和處理，處理后的數(shù)據(jù)控制信號則通過顯示控制電路傳遞給核心FPGA芯片，再將數(shù)據(jù)信號分別儲存在FPGA芯片以外的擴(kuò)展存儲器中，將顯示控制電路系統(tǒng)中的信息進(jìn)行識別，發(fā)送到LED顯示屏，完成顯示過程。為了在LED顯示屏上獲得完整的信息，需要保證ARM處理器與FPGA芯片的信息存儲內(nèi)容與格式的一致性，才能順利完成信息的讀取和解壓，保證LED信息的完整顯示。

2.3LED顯示屏控制系統(tǒng)的種類

當(dāng)前，市面上常見的LED顯示屏的種類很多，按照不同的控制形式，一般可以將其分為同步控制系統(tǒng)和異步控制系統(tǒng)兩種形式。同步控制系統(tǒng)指的是LED顯示屏與顯示控制終端之間始終保持同步，既要保證相關(guān)的數(shù)據(jù)信息展示在顯示屏上，又要實(shí)時(shí)保證信息的同步性。LED顯示屏同步控制體系的作用是完成顯示信息與控制系統(tǒng)的同步，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，所以除了基本的信息展示功能以外，還可以用來轉(zhuǎn)播實(shí)時(shí)的信息、賽事等等，所以在操作方面也相對較為復(fù)雜，而且應(yīng)用的成本較高。異步LED顯示屏控制系統(tǒng)指的是顯示屏本身具有存儲和播放的功能，而顯示終端與顯示器之間并不存在實(shí)時(shí)的聯(lián)系，大多情況下LED顯示屏上的信息是先存儲再播放，所以其體現(xiàn)的信息形式通常是靜態(tài)的文字或者圖像。異步控制系統(tǒng)的應(yīng)用相對較為簡單，而且可以對某些信息按照不同的形式循環(huán)播放，應(yīng)用的范圍相對較為廣泛。

3　LED顯示屏指揮控制終端的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1.1ARM的電路設(shè)計(jì)

進(jìn)行ARM電路設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選擇合適的ARM微處理器的類型，通常應(yīng)用較為廣泛的是16/32位的RISC處理器，其可以對內(nèi)部的存儲管理單元進(jìn)行總體架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提供完整的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)。其本身具體有強(qiáng)大的高速緩沖功能，可以運(yùn)用外部存儲器對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理之后完成對系統(tǒng)通道的控制作用；同時(shí)，ARM微處理器可以支持多個異步總線模式的存儲結(jié)構(gòu)，在不同型號的ROM引導(dǎo)下都可以完成相應(yīng)的系統(tǒng)刷新。其次，ARM電路設(shè)計(jì)中需要按成串行通信模塊的設(shè)計(jì)。串行通信模塊系統(tǒng)與上機(jī)位相連接，主要用來完成數(shù)據(jù)指令和系統(tǒng)調(diào)試的功能，采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口與上位機(jī)通信，傳輸速率≤20 Kb/s，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為15 m。在LED控制系統(tǒng)啟動時(shí)，需要從復(fù)位地址對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理，當(dāng)系統(tǒng)完成初始化，就可以將程序代碼復(fù)制到SDRAM中運(yùn)行，便可以有效的提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率，可以完成LED顯示屏的信息與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步。另外，在LED顯示屏控制系統(tǒng)中還存在著Flash存儲器，其具有較大的信息容量，可以滿足相應(yīng)的讀寫和存儲功能，保證LED顯示屏信息的連續(xù)性。

3.1.2掃描控制模塊的設(shè)計(jì)

掃描控制模塊是LED顯示屏控制終端系統(tǒng)中不可或缺的硬件平臺，通常是由RAM和FPGA共同組成，其主要的作用是完成數(shù)據(jù)的緩沖和處理。在掃描控制模塊的設(shè)計(jì)過程中涉及到一個乒乓操作技術(shù)，主要是用來處理數(shù)據(jù)流的操作手法，將系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)信息輸送到掃描控制模塊，再通過其中的RAM處理器完成數(shù)據(jù)的讀取和寫入功能，完成數(shù)據(jù)的緩沖。同時(shí)，運(yùn)用流水線式的輸入方式在掃描控制模塊的外部環(huán)境中輸入連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流，保證數(shù)據(jù)流的連續(xù)性和完整性，從而實(shí)現(xiàn)VHDL編程功能。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LED顯示屏控制終端系統(tǒng)中應(yīng)用的軟件是下機(jī)位軟件體系，其中包括ARM和FPGA兩個組成部分。

3.2.1ARM的軟件設(shè)計(jì)

ARM的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般應(yīng)當(dāng)采用宿主機(jī)的開發(fā)模式，在宿主機(jī)上完成相應(yīng)的編碼過程，然后在目標(biāo)板上進(jìn)行測試運(yùn)行，獲得具有執(zhí)行力的代碼，再將代碼按照系統(tǒng)運(yùn)行的要求進(jìn)行統(tǒng)一匯編成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，下載到文件運(yùn)行環(huán)境中。對ARM代碼進(jìn)行調(diào)試時(shí)，可以按照不同的運(yùn)行環(huán)境采用串口、大網(wǎng)口等不同的形式，同時(shí)也要考慮到核心處理器的功能支持。進(jìn)行ARM軟件控制系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，主要的嵌入流程包括：①源代碼的編寫；②運(yùn)用編輯器進(jìn)行程序編寫；③運(yùn)用SDK進(jìn)行仿真軟件的測試；④將數(shù)據(jù)信息下載到目標(biāo)板，并且進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件體系的測試。完成上述嵌入流程，則可以按照安裝翻譯工具、準(zhǔn)備目標(biāo)板數(shù)據(jù)格式、更新主機(jī)文件以及運(yùn)行目標(biāo)板程序等幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行ARM軟件的開發(fā)流程。

3.2.2FPGA軟件設(shè)計(jì)

完整的FPGA軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程應(yīng)當(dāng)包括電路的設(shè)計(jì)與輸入、仿真、布線后仿真驗(yàn)證、板級仿真驗(yàn)證與調(diào)試等主要步驟。根據(jù)LED顯示屏控制系統(tǒng)的運(yùn)行要求，完成功能劃分與任務(wù)分配的環(huán)節(jié)。FPGA軟件在LED顯示屏控制系統(tǒng)中具有很強(qiáng)的通用性，而且可以按照不同的控制要求進(jìn)行移植，滿足LED顯示屏的控制要求。

4　LED顯示控制終端的測試與實(shí)現(xiàn)

為了保證LED顯示屏控制終端系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，需要對其應(yīng)用程序進(jìn)行測試，主要的步驟如下：

①系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行以后，按照規(guī)范的操作程序?qū)刂平K端進(jìn)行操作，確保軟件系統(tǒng)正常運(yùn)行，而且可以按照指令跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的界面。

②運(yùn)用錯誤操作程序?qū)浖到y(tǒng)進(jìn)行操作，觀察其是否可以快速作出判斷并且提醒，是否由于錯誤操作而出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)可以及時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

③對控制終端系統(tǒng)中涉及到的參數(shù)信息按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)置，檢測信息與參數(shù)的吻合度。完成信息輸入之后，登陸系統(tǒng)的設(shè)置界面，判斷設(shè)置的參數(shù)是否被正確記錄。

④運(yùn)用PC機(jī)與ARM處理器對控制中奪冠系統(tǒng)進(jìn)行測試，運(yùn)行調(diào)試助手的信息，判斷其中包含的通信協(xié)議是否完整。

⑤將LED顯示屏控制系統(tǒng)中的顯示控制終端、LED顯示屏之間進(jìn)行連接，輸入測試信息，判斷數(shù)據(jù)信息是否可以正常輸出，文本信息的格式是否正確以及參數(shù)的設(shè)置是否完整等等。

⑥長時(shí)間無人操作的條件設(shè)置下，對LED顯示屏的背光燈設(shè)置參數(shù)的正確性進(jìn)行判斷，是否在經(jīng)過調(diào)試后可以保證其LED顯示屏重新點(diǎn)亮。

5　結(jié)論

隨著現(xiàn)代軍事的不斷發(fā)展，LED顯示屏的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，對LED顯示屏的控制系統(tǒng)要求也越來越高，而在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，LED顯示屏控制系統(tǒng)也需要不斷地更新，簡化設(shè)計(jì)與操作程序，提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，同時(shí)要考慮到資源和能源的節(jié)約，拓寬控制系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，才能適應(yīng)未來軍隊(duì)指揮控制系統(tǒng)對LED顯示屏的使用需參考文獻(xiàn)：

求，從而促進(jìn)LED顯示屏顯示終端的有效應(yīng)用。

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Design and Implementation of LED Command and Control Terminal Based on ARM

SUO Jing，LIU Jie
（Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China）

LED display is an important way of modern society to publish information，different？kinds of information such as videoand text can display on LED display，which convey the most intuitive visual information for people.With the continuous development of science and technology，LED display applications has become more widespread，especially in military applications，for instance the various levels of command control terminal design and application based on the LED display，with more in-depth research value.The ARM processor is the basis for the effective operation of the LED display control system，Issues is under simple debate in the paper，which is related to the research on the design and implementation for LED display terminal system based on ARM.

LED display screen，command and control terminal，ARM，embedded system

TJ768.4

A

1002-0640（2016）07-0161-03

2015-06-22

2015-07-06

索靜（1982-），女，山西太原人，碩士，講師。研究方向：單片機(jī)系統(tǒng)。