CN101515436A - 嵌入式led显示屏控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种嵌入式异步LED显示屏控制系统，该系统具有大数据量通信、海量信息存储和高灰度等级图像、视频的播放功能。本发明是利用嵌入式CPU上的以太网口和CF卡接口实现大数据量通信、海量信息存储，利用嵌入式CPU上的LCD接口和通用GPIO口将视频信息、控制信息和加载信息输出到LED同步系统的FPGA上，之后LED同步系统同步的完成信息处理后，输出到显示屏上。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种LED显示屏控制系统，尤其是涉及一种嵌入式异步LED显示屏控制系统。
二、背景技术：
近年来，借助于计算机技术、大规模集成电路和软件技术的发展，嵌入式的软、硬件技术都得到了飞速的发展。高性能的嵌入式处理器不但功耗低，而且性能优越；同时，针对嵌入式领域的嵌入式操作系统的功能也越来越强大，在很多方面已经不输于桌面操作系统；而且嵌入式操作系统还有着高可靠性、高时实性等这些桌面操作系统无法比拟的优点。同时，目前国内的异步LED显屏控制系统多采用传统的单片机+板载Flash或工控板+小型同步系统的方式来实现数据的处理、存储和显示。
由于单片机数据处理能力差，外围接口简单，很难完成大数据量的传输与处理，而板载Flash容量有量、成本较高，无法完成数据的海量存储。这些都导致单片机+板载Flash架构的异步LED控制系统只能显示简单的文字、图形和少数低等级灰度图像，也无法海量的存储显示内容，更无法实现视频的播放。
而工控板+小型同步系统架构的异步LED控制系统则可以显示高等级灰度的图像，实现显示内容的海量存储，也可以实现视频的流畅播放。但是这个架构的成本非常的高，可能会是单片机+板载Flash架构成本的几倍到十几倍，同时由于工控板和小型同步系统之间多采用接插件或数据线连接，从而降低了系统的可靠性。
正是由于以上原因，LED异步控制系统要么功能和技术指标有限，要么成本太高、可靠性差。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种嵌入式LED显示屏控制系统，其将嵌入式技术引入到LED异步控制系统中，以较低的成本实现了较高的性能，同时还提高了系统的可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：由以嵌入式处理器为核心的计算机系统和以FPGA为核心的同步LED显示系统构成，嵌入式计算机系统部分包括200MHz主频的CPU，64MB的SDRAM、16MB Flash、串口、网口、CF卡接口、USB接口和LCD接口分别与CPU连接，在WinCE操作系统的管理下，完成整个LED控制系统控制、数据传输和显示图像的处理；同步LED显示系统包括FPGA的用户IO口和PS加载口，嵌入式计算机系统的LCD视频输出口、通用IO接口和FPGA(现场可编程逻辑器件)的用户IO口和PS加载口相连，同步LED显示系统接收嵌入式计算机输出的LCD显示信息和控制信息，把从嵌入式计算机接收到的LCD显示信号，根据计算机传输的控制信息的要求转换成显示屏驱动板所能接收的信号。
上述嵌入式处理器芯片为EP9315CBZ。
上述FPGA的芯片为EP1C6Q240C8N。
一种嵌入式LED显示屏控制系统的实现方法，其特征在于：利用嵌入式计算机系统EP9315CBZ的CF卡接口、以太网接口实现系统的海量存储、大数据量的传输，并将EP9315CBZ的LCD视频输出口、通用IO口和同步LED显示系统EP1C6Q240C8N的用户IO口和PS加载口相连，向同步LED显示系统输出视频、图像显示信息、控制信息和加载信息；而同步LED显示系统再同步的处理显示、控制信息，最后输出到屏体上。
上述技术方案包括：利于EP9315CBZ的以太网口、CF卡接口，实现系统的大数据量通信和海量信息存储；利于EP9315CBZ的LCD输出口向EP1C6Q240C8N输出视频信息，利于EP9315CBZ的通用GPIO口向EP1C6Q240C8N输出控制信息和加载信息。
上述技术方案包括：EP1C6Q240C8N从EP9315CBZ处得到LCD视频输出信息、控制信息、加载信息，完成自身的加载、控制并同步的处理、输出视频信息。
与现有技术相比，本发明具有的技术优点如下：
与传统单片机+Flash的异步LED控制系统相比，该系统具有以下优点：1、丰富的标准计算机接口，可以非常方便的和外界进行大数据量的数据传输。2、具有海量的存储设备，可以存储大量的显示信息。3、具有200MHz主频的高性能CPU，可以实现高灰度等级的图像及其视频的播放。
与工控板+小型同步系统的LED异步控制系统相比，该系统又具有以下优点：1、低功耗、结构紧凑、可靠性高。由于该系统的嵌入式CPU本身具有极低的功耗和非常高的可靠性，加之整个系统被设计在一块电路板上没有过多的接插件和数据线，使得系统具有很高的可靠性和很低的功耗。2、低成本。由于该系统的嵌入式计算机是量身定制的，优化了系统的软、硬件资源，使得在保证系统性能的同时成本最低。
四、附图说明
图1为本发明EP9315CBZ的引脚图以及部分引脚定义图。
图2为本发明EP1C6Q240C8N的引脚图以及部分引脚定义图。
图3为本发明嵌入式计算机部分原理框图。
图4为本发明LED同步显示部分原理框图。
图5为GPIO硬件部份的相关驱动程序的流程图。
图6为对GPIO进行控制完成EP1C6Q240C8N的加载和控制功能的相关的应用程序的流程图。
五、具体实施方式：
嵌入式LED显示屏控制系统从系统结构上包括：嵌入式计算机部分和同步LED显示部分组成。其最显著的特点是：将32位的嵌入式计算机技术和LED显示技术中的同步显示技术相结合构成了LED异步控制系统。这种结构的LED异步控制系统在现实了大数据量信息传输、海量存储和高灰度等级的图像、视频播放的同时，作到了低功耗、低成本和高可靠性。
1、嵌入式计算机部分
嵌入式计算机系统部分的硬件部分包括：1片EP9315CBZ(处理器)、2片K4S561632(SDRAM)、1片E28F128J3A150(Flash)、1片KS8721、1片MAX3232，其连接关系参见图3。EP9315CBZ的ROW0～ROW7、COL0～COL3作为通用GPIO口，被模拟成计算机总线的AD0～AD8(地址/数据复用)信号线、WR、RD和ALE信号线，现实和EP1C6Q240C8N交换数据，完成相关的控制功能。EP9315CBZ的LCD输出口P0～P17、VSYNC、HSYNC连接到EP1C6Q240C8N的用户I/O口上，用于将视频显示信息传给EP1C6Q240C8N，以便EP1C6Q240C8N完成显示信息的处理和输出工作。
软件部分包括：引导程序、WinCE 5.0的操作系统和系统控制程序。引导程序用于引导WinCE操作系统的正常起动；WinCE操作系统管理整个嵌入式计算机系统的各种软、硬件资源，屏蔽硬件的不同向用户提供统一的接口；系统控制程序运行于WinCE的操作系统之上，完成整个LED控制系统的控制和显示图像的处理。由于在EP9315CBZ的厂家提供的WinCE 5.0的BSP开发包中，没有GPIO的相关驱动，而WinCE的应用程序又不能直接对硬件进行操作，所以要完成对EP1C6Q240C8N的加载和实现对EP1C6Q240C8N的控制，就必须完成两部分软件代码的编写：1、编写GPIO硬件部份的相关驱动程序，向应用程序提供统一的接口。2、编写相关的应用程序，利用GPIO硬件驱动程序提供的统一接口对GPIO进行控制完成EP1C6Q240C8N的加载和控制功能。其程序的结构框图如图5和图6所示：
如图5所示，当系统起动后，应用程序先完成EP1C6Q240C8N的加载工作；然后进行显示屏参数的初始化，如：扫描方式、屏体大小等。之后程序将开始循环等待串口或网口发来的控制命令，并在收到控制命令后执行相关操作。
应用程序在进行显示屏参数初始化和执行控制命令时都会去调用GPIO驱动程序和EP1C6Q240C8N交换数据。在这里GPIO驱动程序将通用的GPIO口模拟成了一个8位的计算机总线，并以文件的方式提供给应用程序。应用程序通过对此文件的读、写来完成和EP1C6Q240C8N的数据交换，其结构框图如图6所示。
2、同步LED显示部分
LED显示系统部分包括：1片EP1C6Q240C8N(FPGA)、1片HY57V643220、1片IS61LV6416、8片74HCT574、3片74HCT245，其连接关系见图4。如图所示，HY57V643220和IS61LV6416的引脚分别和EP1C6Q240C8N的IO引脚相连接，存放显示数据，74HCT574、和74HCT245也分别和EP1C6Q240C8N的其它IO引脚相连，输出信号到LED屏的屏体上。EP1C6Q240C8N的215～238的IO引脚和EP9315CBZ的LCD输出信号P0～P17、VSYNC、HSYNC相连，接收LCD的输出的视频信号；EP1C6Q240C8N的17～41的IO引脚和EP9315CBZ的ROW0～ROW7、COL0～COL3连接，接收EP9315CBZ的命令信息。此外，EP1C6Q240C8N的CONF DONE、DCLK、nCONFIG、DATA管脚分别接收EP9315CBZ的EGPIO9～EGPIO12输出的FPGA加载信号，完成自身的加载。
根据上述的分析，将嵌入式计算机技术和LED同步显示技术相结的嵌入式LED异步控制系统，可以在较低的成本上实现高灰度等级的图像及其视频流的播放及海量的信息存储，并达到比较高的可靠性。
Claims (6)
1、一种嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：由以嵌入式处理器为核心的计算机系统和以FPGA为核心的同步LED显示系统构成，嵌入式计算机系统部分包括200MHz主频的CPU，64MB的SDRAM、16MB Flash、串口、网口、CF卡接口、USB接口和LCD接口分别与CPU连接，在WinCE操作系统的管理下，完成整个LED控制系统控制、数据传输和显示图像的处理；同步LED显示系统包括FPGA的用户IO口和PS加载口，嵌入式计算机系统的LCD视频输出口、通用I O口和可编程门阵列器件FPGA的用户IO口和PS加载口相连，同步LED显示系统接收嵌入式计算机输出的LCD显示信息和控制信息，把从嵌入式计算机接收到的LCD显示信号，根据计算机传输的控制信息的要求转换成显示屏驱动板所能接收的信号。
2、根据权利要求1所述的嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：嵌入式处理器芯片为EP9315CBZ。
3、根据权利要求1所述的嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：FPGA的芯片为EP1C6Q240C8N。
4、根据权利要求1所述的嵌入式LED显示屏控制系统的实现方法，其特征在于：利用嵌入式计算机系统EP9315CBZ的CF卡接口、以太网接口实现系统的海量存储、大数据量的传输，并将EP9315CBZ的LCD视频输出口、通用I O口和同步LED显示系统EP1C6Q240C8N的用户IO口和PS加载口相连，向同步LED显示系统输出视频、图像显示信息、控制信息和加载信息；而同步LED显示系统再同步的处理显示、控制信息，最后输出到屏体上。
5、根据权利要求4所述的嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：利于EP9315CBZ的以太网口、CF卡接口，实现系统的大数据量通信和海量信息存储；利于EP9315CBZ的LCD输出口向EP1C6Q240C8N输出视频信息，利于EP9315CBZ的通用GPIO口向EP1C6Q240C8N输出控制信息和加载信息。
6、根据权利要求4所述的嵌入式LED显示屏控制系统，其特征在于：EP1C6Q240C8N从EP9315CBZ处得到LCD视频输出信息、控制信息、加载信息，完成自身的加载、控制并同步的处理、输出视频信息。
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