ARM11嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信和LCD顯示的實(shí)現(xiàn)

摘要：通過對(duì)ARM11嵌入式系統(tǒng)Linux下的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信和LCD顯示進(jìn)行研究，分析了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和LCD驅(qū)動(dòng)方式。在ARM11嵌入式系統(tǒng)下設(shè)計(jì)了直接讀寫GPIO的LCD顯示程序，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)器和客戶端雙線程的工作模式，解決了網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性和可靠性的問題。實(shí)際應(yīng)用表明：該方法LCD顯示速度快、網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)可靠性好、ARM11和計(jì)算機(jī)的資源利用率高。
關(guān)鍵詞：ARM11；實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信；LCD；Linux

0 引言
ARM11主頻為533 MHz，最高可達(dá)667 MHz，較ARM7主頻提高了10倍，且擁有更豐富的片上資源，處理速度更快，功能更強(qiáng)。基于上述特點(diǎn)，ARM11可完全適應(yīng)實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)終端的設(shè)計(jì)。
在以ARM11為核心的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)計(jì)中，需要LCD在終端實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò)通信的各項(xiàng)參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)，LCD的顯示內(nèi)容依靠網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)中的指令來控制，而網(wǎng)絡(luò)終端的操作數(shù)據(jù)也要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，因此網(wǎng)絡(luò)通信和LCD顯示需要很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性才能合理使用計(jì)算機(jī)和ARM11的資源，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
該文以ARM11處理器S3C6410為平臺(tái)，基于Linux操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種在ARM11內(nèi)核直接控制LCD顯示的方法，并采用TCP／IP協(xié)議設(shè)計(jì)了一種同時(shí)作客戶端和服務(wù)器的終端工作模式。

1 ARM11網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)時(shí)通信特性分析
1．1 數(shù)據(jù)流分析
在計(jì)算機(jī)與ARM11通信的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的處理速度比ARM11快很多，如將數(shù)據(jù)處理等工作量大的任務(wù)分配給計(jì)算機(jī)去處理，則可大大減少ARM11的資源消耗，ARM11就可以更快地去響應(yīng)其他操作，因此為了減少ARM11顯示任務(wù)的時(shí)間，可以將ARM11要顯示圖片的數(shù)據(jù)處理交給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照ARM11顯示的數(shù)據(jù)要求處理好數(shù)據(jù)后再通過網(wǎng)絡(luò)傳到ARM11再完成LCD的顯示。此外，ARM11網(wǎng)絡(luò)終端還要向計(jì)算機(jī)傳輸設(shè)備工作狀態(tài)信息，計(jì)算機(jī)則還要向網(wǎng)絡(luò)終端傳輸一些控制命令。
1．2 通信協(xié)議分析
網(wǎng)絡(luò)通信必然涉及到通信協(xié)議的問題，目前普遍采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有UDP協(xié)議和TCP／IP協(xié)議。在實(shí)時(shí)性要求較高的網(wǎng)絡(luò)通信中希望能做到想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收。兩個(gè)協(xié)議中UDP比較符合這個(gè)要求，但是它不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，?dāng)數(shù)據(jù)較多時(shí)很可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象，尤其是像LCD顯示的圖片數(shù)據(jù)這類數(shù)據(jù)較大而且傳輸頻繁的數(shù)據(jù)，可能會(huì)嚴(yán)重影響液晶顯示這是不能被接受的。相比之下TCP／IP協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴?br /> 在TCP／IP協(xié)議ARM11網(wǎng)絡(luò)終端作為服務(wù)器或者客戶端是不能做到隨時(shí)想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收的，比如作為服務(wù)器接收完來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)后，如果計(jì)算機(jī)斷開了連接，那么網(wǎng)絡(luò)終端再想向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，就必須等到計(jì)算機(jī)再次作為客戶端向終端發(fā)起連接才行。為了解決TCP／IP協(xié)議的這種問題，本文設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)終端和計(jì)算機(jī)既作客戶端又作服務(wù)器的雙線程工作模式，在這種工作模式下終端和計(jì)算機(jī)隨時(shí)能發(fā)起和斷開連接，從而做到隨時(shí)想發(fā)就發(fā)，有數(shù)據(jù)就收。

2 LCD顯示的軟件設(shè)計(jì)
2．1 LCD的顯示方法分析
(1)基于Framebuffer驅(qū)動(dòng)方式。在Linux下有完善的Framebuffer驅(qū)動(dòng)程序，所以可以利用ARM11集成的LCD控制器采用Framebuffer控制LCD，F(xiàn)ramebuffer是顯示設(shè)備抽象為幀緩沖區(qū)，用戶通過內(nèi)存映射將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫操作，而操作可以直接反應(yīng)到屏幕上。該方法反應(yīng)速度快、執(zhí)行效率高，應(yīng)用程序簡(jiǎn)單，但是底層硬件驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，硬件變更后編寫難度大，不易實(shí)現(xiàn)。不帶控制器的LCD通常采用這種方法。
(2)直接讀寫GPIO驅(qū)動(dòng)方式。目前有很多類型的液晶屏自帶LCD控制器，ARM向控制器寫控制指令和數(shù)據(jù)就可以完成對(duì)LCD的初始化和內(nèi)容的顯示。這種顯示方法軟件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，占用的代碼空間小，可以通過簡(jiǎn)單的控制芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。針對(duì)自帶控制器的LCD，本文設(shè)計(jì)了直接讀寫GPIO驅(qū)動(dòng)LCD的方法。該方法在底層驅(qū)動(dòng)向LCD控制器和LCD的應(yīng)用程序提供接口，LCD控制器的讀寫時(shí)序全部在底層驅(qū)動(dòng)中完成，底層驅(qū)動(dòng)向應(yīng)用程序提供初始化接口和顯示數(shù)據(jù)接口。該方法應(yīng)用程序和內(nèi)核的交互少，程序執(zhí)行效率高。
2．2 LCD顯示的實(shí)現(xiàn)
通過上述分析，本文設(shè)計(jì)直接讀寫GPIO驅(qū)動(dòng)帶LCD控制器的液晶屏，該方法的程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在底層驅(qū)動(dòng)中主要包括以下幾個(gè)函數(shù)：
(1)初始化函數(shù)s3c6410_inti。該函數(shù)包括2部分的初始化：一是對(duì)ARM11用于同LCD控制器相連GPIO口控制寄存器的初始化，核心語(yǔ)句是writel(tmp，S3C64XX_GPICON)，其中writel是驅(qū)動(dòng)層的寫函數(shù)，tmp是寫入控制寄存器的數(shù)據(jù)，S3C64XX_GPICON是S3C6410中第I組GPIO口的控制寄存器，如果采用別的GPIO口就改用別的控制寄存器宏定義；二是對(duì)LCD控制器初始化。
(2)寫數(shù)據(jù)函數(shù)s3c6410_WRData和寫命令函數(shù)s3c6410_WRCommand。這2個(gè)函數(shù)按照具體LCD控制寄存器的寫數(shù)據(jù)時(shí)序和寫命令時(shí)序，完成對(duì)LCD控制器的寫數(shù)據(jù)和寫命令，向GPIO寫數(shù)據(jù)的函數(shù)是writel(tmp，S3C64XX_GPIDAT)，writel和tmp與上述相同，S3C64XX_GPIDAT是S3C64 10中第I組GPIO口的數(shù)據(jù)寄存器。
(3)顯示函數(shù)s3c6410_LCDdisplay。該函數(shù)通過調(diào)用寫命令函數(shù)和寫數(shù)據(jù)函數(shù)到達(dá)在液晶屏上具體位置顯示具體圖片或文字的效果。
(4)系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)s3c64xx_ioctl(structfile*file，int cmd，long int data)。該函數(shù)定義s3c6410_inti和s3c6410_LCDdisplay2個(gè)函數(shù)接口通過系統(tǒng)調(diào)用iotcl(fd，1，xx)和iotcl(fd，2，xx)，以供應(yīng)用程序調(diào)用，應(yīng)用程序使用iotcl(fd，1，xx)就可初始化結(jié)晶屏，只需要向s3c6410_LCDdisplay的接口iotcl(fd，2，xx)中寫數(shù)據(jù)就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的LCD顯示。