Nios II的LlED顯示屏控制器設(shè)計(jì)

摘要：基于μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)管理運(yùn)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(gè)控制系統(tǒng)在一片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)，使用SOPC Builder軟件定制集成IP核，通過外擴(kuò)存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，解決了FPGA內(nèi)部資源相對不足的問題。同時(shí)，合理組織數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)時(shí)顯示，即計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)的內(nèi)容同時(shí)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(jì)算機(jī)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(dú)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(gè)完整的區(qū)域顯示，對于較大屏幕的顯示系統(tǒng)，有時(shí)需要將整屏分為若干個(gè)窗口分別顯示不同的內(nèi)容，且內(nèi)容的更新只是某一個(gè)或幾個(gè)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(jì)方案，能有效地實(shí)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(jì)
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
LED顯示系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)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(dòng)模塊和LED屏構(gòu)成，如圖1所示。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將要顯示的點(diǎn)陣信息通過RS485串行接口送往存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)處理模塊讀取存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)并進(jìn)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(dòng)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(shí)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。軟件程序主要由2個(gè)任務(wù)和1個(gè)定時(shí)器中斷服務(wù)程序組成，任務(wù)問采用信號(hào)量的方式進(jìn)行通信。任務(wù)1將上位機(jī)傳送到CF卡存儲(chǔ)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(jìn)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(shí)時(shí)性和多任務(wù)的特點(diǎn)，采用嵌入式文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

2 控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)
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(chǔ)器組成。Nios II軟核CPU是整個(gè)控制器的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理；SDRAM作為CPU處理數(shù)據(jù)時(shí)的緩存使用；Flash存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)點(diǎn)陣信息數(shù)據(jù)和LED屏顯示控制參數(shù)。